KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY Nyt fra satellitternes fagre verden Anna B.O. Jensen, Afdelingen for Geodæsi og Satellitpositionering, KTH
Hvem er foredragsholderen? Siden 2014 professor i geodæsi og afdelingschef ved KTH Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, Sverige Tidligere ansættelser ved: Danmarks Tekniske Universitet - DTU Kort & Matrikelstyrelsen GPService, software udvikling Indehaver af konsulentfirmaet AJ Geomatics Uddannelse: Ph.D., Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, 2002 Landinspektør, Aalborg Universitet, 1994 ANNA JENSEN, KTH 2
Agenda Status og udvikling for GNSS GPS GLONASS Beidou Galileo Galileo Commercial Service Copernicus programmet for jordobservation ANNA JENSEN, KTH 3
GNSS det globale marked Figur fra: GNSS market report udgivet af European Global Navigation Satellite Systems Agency (GSA) i marts 2015 Det vurderes endvidere at 6% af EU s samlede BNP er afhængigt af GNSS ANNA JENSEN, KTH 4
GPS Det første Global Navigation Satellite System (GNSS) I drift siden slutningen af 1980 erne, udvikles løbende Designudvikling: 24 satellitter nu 30 satellitter To frekvenser nu tre frekvenser (L1, L2, L5) En civil kode nu tre civile koder/signaler (L1 C/A, L2C, L5) Figur: US National Executive Committee for space-based PNT ANNA JENSEN, KTH 5
GPS status og planer 31 operationelle satellitter i kredsløb Seneste satellitopsendelse planlagt til i dag, 5. februar, kl. 14:38 Andet nyt: Den første satellit med den nye L1C kode på L1-frekvensen skal efter planen opsendes i 2017 Det er den første af de nye Block III satellitter L1C koden implementeres i både GPS og Galileo systemerne På GPS-satellitterne implementeres L1C parallelt med den eksisterende C/A-kode på L1-frekvensen
GLONASS Russisk GNSS, i drift siden slutningen af 1980 erne, men mere ustabilt Designudvikling: 24 satellitter fastholdes indtil videre To frekvensbånd tre nu, på sigt måske fire Næste satellit planlægges opsendt på søndag, den 7. februar 2016 Arbejde med ændring af signal-strukturen fra FDMA til CDMA er påbegyndt, så GLONASS fremover kommer til at ligne GPS og Galileo i større grad end i dag Figur: ISS Reshetnev ANNA JENSEN, KTH 7
Beidou Kinesisk globalt GNSS (p.t. med regional dækning) Designmål: 30 navigationssatellitter samt fem hjælpesatellitter Fire frekvenser Figur fra: www.beidou.gov.cn Positionsnøjagtighed bedre end 10 meter, globalt ANNA JENSEN, KTH 8
Beidou - status og planer 17 satellitter i kredsløb Samt en ny som blev opsendt i mandags, 1. februar 2016 Blanding af navigations- og hjælpesatellitter, optimeret til god dækning over Kina. Fungerer som regionalt system i Kina i dag Ingen offentliggjorte planer, men det er muligt at flere satellitter opsendes i 2016 Den nyeste satellit skal blandt andet anvendes til at teste ny teknologi som er vigtig, når Beidou skal udviddes fra regional til global dækning frem mod 2020 ANNA JENSEN, KTH 9
Galileo Vores eget GNSS med global dækning Finansieret af EU Ikke militært system Designmål: 30 satellitter Fire navigationsfrekvenser Tre navigationsservices (for nylig reduceret fra fire) Figur: www.esa.int ANNA JENSEN, KTH 10
Galileo status og planer 12 satellitter i kredsløb, heraf otte operationelle Seks nye planlægges opsendt i 2016 Andet nyt: Forsinkelse i opsendelsesplanerne efter to satellitter kom i forkert bane august 2014, stadig diskussioner om hvorvidt de kan/skal tages ind i konstellationen Opsendelse i efteråret 2016 skal for første gang foretages med en Arianne 5 løfteraket, som kan bære fire satellitter på en gang (mod normalt to med Soyuz raketten) Commercial service (CS) til bl.a. præcis positionering er planlagt, forventes vedtaget i en eller anden form i maj 2016 ANNA JENSEN, KTH 11
Agenda Status og udvikling for GNSS GPS GLONASS Beidou Galileo Galileo Commercial Service Copernicus programmet for jordobservation ANNA JENSEN, KTH 12
Figur: navipedia.net ANNA JENSEN, KTH 13
Galileo Commercial Service - forslag Galileo Commercial Service består af tre meget forskellige dele. Bemærk at det kun er forslag, ikke endeligt vedtaget endnu: Open service (OS) authentication Transmission av tjek-data ved anvendelse af ledige bits på E1B frekvensen, GRATIS NMA Navigation Message Authentication Commercial service (CS) authentication Mulighed for at kryptere koderne på E6C SCE - Spreading Code Encryption High accuracy (HA) service Service som kan anvendes til positionering med positionsnøjagtighed bedre end en decimeter (10 cm) Transmission af data på E6B ANNA JENSEN, KTH 14
Galileo CS arkitektur Kilde: I. Fernández-Hernández, European GNSS Programmes Management Unit ANNA JENSEN, KTH 15
Hvorfor authentication? 6% af EU s BNP er afhængigt af GNSS Position og biometri er vigtige dele af fremtidens IT-sikkerhed og en GNSS authentication service vil kunne anvendes til dette Den finansielle sektor og transportsektoren er primære målgrupper Implementeringen af check-data betyder at Galileo vil adskilde sig fra de øvrige GNSS (GPS, GLONASS og Beidou) Kilde: I. Fernández-Hernández, European GNSS Programmes Management Unit ANNA JENSEN, KTH 16
CS authentication Navigation Message Authentication (NMA) på Galileo s åbne service, bliver tilgængelig for alle brugere: Baseret på ekstra bits som er blevet til overs efter man har valgt redefinere den tidligere Safety-of-Life service (til luftfarten) Authentication er i det aktuelle forslag baseret på TESLAprotokollen I praksis betyder det at man skal modtage mindre end 200 bits fra een satellit for at kunne tjekke data fra 4 satelliter Forslaget medfører ingen degradering af positionsnøjagtighed, tilgængelighed eller tiden for at bestemme en position (TTFF) Kilde: I. Fernández-Hernández, European GNSS Programmes Management Unit ANNA JENSEN, KTH 17
CS high accuracy Service med transmission af korrektions-data, via Galileo satelitterne, som kan give præcise positioner i real tid med precise point positioning (PPP) teknikken Kinematisk real tids PPP i dag giver positionsnøjagtighed på 5-10 cm og kræver en initialiseringstid på 10-20 minutter I princippet det samme som eksisterende PPP-services fra Fugro, Trimble og Veripos bortset fra at disse anvender geostationære satellitter til transmission af data Galileo CS bliver mere anvendelig i byer, skove, bjergområder og på høje breddegrader, hvor det er svært at modtage signaler fra geo-stationære satellitter ANNA JENSEN, KTH 18
Geostationær satellit Animation fra www.wikipedia.org ANNA JENSEN, KTH 19
Hvorfor CS high accuracy? For at give Galileo en added value og for at generere en indtægt til EU Rettet mod professionelle brugere som er villige til at betale for positioner med få cm s nøjagtighed f.eks. søtransport, landtransport (autonomous driving), landbrug, minedrift i åbne miner, maskinstyring i anlægsbranchen, olie- og gas industrien, droner, flybaseret remote sensing etc. Krav til modtagere: Kræver antennne og modtager som kan klare multi frequency fasemåling og algoritmer som kan modtage og anvende PPPdata ANNA JENSEN, KTH 20
Forskel på PPP och RTK generelt RTK real time kinematic, finde i mange europæiske lande baseret på nationale net af GNSS-referencestationer Forskel mellem real tids PPP og RTK er: Konvergeringstid/initialisering PPP: 10-20 minuter RTK: få sekunder Referenseramme / koordinatsystem PPP: globalt system (f.eks. ITRF) RTK: nationalt system (f.eks. ETRS89) Dækningsområde PPP: globalt RTK: indenfor området dækket af referensstationerne ANNA JENSEN, KTH 21
Copernicus programmet Copernicus er et europæisk program, som handler om at skabe en infrastruktur til indsamling af data fra satellitter som kan anvendes til observation af jorden inkl. land, hav og atmosfære (jord-observation) Copernicus programmet er et samarbejde mellem det europæiske rumagentur (ESA) og EU kommissionen Programmet hed tidligere GMES (Global Monitoring for Environment and Security) Programmet er baseret på Sentinel satelitterne samt på en infrastruktur på jorden til kontrol af satellitterne og til indsamling, kvalitetskontrol og distribution af data Figur fra: www.esa.int ANNA JENSEN, KTH 22
Copernicus programmet - anvendelse De primære fokusområder for Copernicus programmet er: Areal anvendelse Havmiljø Atmosfære Beredskab Sikkerhed Klimaforandringer Illustration fra www.esa.int som viser isfjorden ved Illulissat, Grønland, august 2015. Data fra Sentinel-2A ANNA JENSEN, KTH 23
Sentinel satellitterne Seks Sentinel satellit missioner er planlagt hver med to satellitter Sentinel-1 polær bane, radar billeder til brug for studier af land og hav. Første satellit opsendt i april 2014. Sentinel-2 polær bane, multispektrale høj-opløselige billeder primært til studier af land. Første satellit opsendt juni 2015, anden satellit opsendes i efteråret 2016 Sentinel-3 er baseret på flere forskellige instrumenter som kan måle f.eks. havoverfladens topografi, temperatur af jordoverfladen (både hav og land) og farver på jordoverfladen med høj nøjagtighed og pålidelighed. Første satellit opsendes 16 februar 2016 og anden satellit i 2017 Sentinel-4 rettet mod monitorering af atmosfæren fra geostationær bane. Sentinel-5 rettet mod monitorering af atmosfæren fra polær bane Sentinel-6 er med radar altimeter som kan måle højden af havoverfladen, globalt, og skal anvendes til oceanografi og klimastudier ANNA JENSEN, KTH 24