Sistema Galileo OBJETIVOS Y ALCANCE En la actualidad, el sistema global de navegación por satélite más conocido y más empleado es el GPS (Global Positioning System, o Sistema de Posicionamiento Global), desarrollado por las autoridades militares estadounidenses a mediados de los años ochenta. El único sistema que trata de equilibrar la balanza frente al dominio norteamericano es el GLONASS (Global Navigation Satellite System) de origen militar ruso. Sin embargo, el número de satélites estadounidenses que se encuentran en órbita convierten a este sistema "global" en un complemento del GPS en lugar de en una alternativa. Por este motivo, la Comisión Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA) han puesto en marcha un programa para desarrollar Galileo, un sistema de navegación por satélite que se plantea no sólo como un modelo independiente del norteamericano, sino también como un nuevo aporte de recursos que satisfagan el considerable aumento de la demanda de servicios que se dará a escala mundial en los próximos años por parte de aplicaciones basadas en estos sistemas. Los primeros satélites de la constelación Galileo serán puestos en órbita a partir del año 2005, para que el sistema esté plenamente operativo en 2008. Esto permitirá reestablecer la igualdad de oportunidades entre ambas partes, abriendo la puerta a nuevos trabajos de investigación y desarrollo, aportando además la garantía de un modelo redundante ya que ambos sistemas se mantendrán operativos de forma simultánea. De esta manera Galileo permitirá:
1.1 MOTIVOS PARA EL DESARROLLO DE GALILEO Hay cuatro parámetros característicos que sirven para evaluar las prestaciones de todos los Sistemas Globales de Navegación por Satélite “GNSS”: la disponibilidad de la señal (que exige que siempre haya al menos cuatro satélites a la vista del receptor), la continuidad (que la emisión de la señal no sufra interrupciones), la precisión (grado de incertidumbre de la posición que proporciona el sistema) y la integridad (veracidad de la información que proporciona el sistema incluida la alarma cuando el sistema no esté funcionando correctamente). Los niveles que ofrecen los sistemas GNSS actuales (GPS-EEUU y GLONASS Federación Rusa) respecto a esos cuatro parámetros no alcanzan los mínimos requeridos por algunos usuarios, especialmente la aviación civil. Tanto el GPS como el GLONASS son de origen militar. Fueron ideados en los años 70 y entraron en funcionamiento en la primera mitad de la década de los 90. Aunque las aplicaciones civiles del GPS se generalizaron a partir de febrero de 1994, el uso y control del sistema sigue y seguirá siendo militar. Es decir, en situaciones de crisis, las autoridades que lo gestionan pueden anular o degradar la señal limitando su precisión a aquellos usuarios militares que posean la autorización adecuada. Aunque en mayo de 2000 Estados Unidos decidió dar una mayor precisión a los usuarios civiles del GPS (que ya conseguían con técnicas de ampliación), suspendiendo el mecanismo de claves bajo el cual se priorizaban las aplicaciones militares y se empeoraba la señal para usuarios civiles introduciendo un error deliberado en la señal emitida para ellos (disponibilidad selectiva), el GPS sigue siendo insuficiente para multitud de aplicaciones, debido principalmente a las siguientes razones:
Galileo Garantizará la integridad de sus servicios ofertando medidas de la exactitud de las señales enviadas por sus satélites. Para soportar este mecanismo, se ha dispuesto que incluya una canal de integridad que el GPS no posee actualmente. De esta manera, los estados europeos podrán beneficiarse de las innumerables aplicaciones de un sistema más fiable, que facilite la ayuda en rescates, detección de urgencias, seguridad ciudadana, etc. Galileo aportará además una serie de servicios comerciales que podrán ser utilizados, previo pago, por gobiernos o empresas privadas. La clasificación realizada para los diferentes grados de servicio y en función de la cuál se está diseñando Galileo, se divide en tres niveles diferentes: .. Nivel 1: Servicio de Acceso Abierto (OAS), similar al código civil del GPS, principalmente dedicado a aplicaciones para el mercado de masas. .. Nivel 2: Servicio de Acceso Restringido (CAS 1), destinado a aplicaciones comerciales y profesionales que requieren un nivel de prestaciones más elevado. .. Nivel 3: Servicio de Acceso Restringido (CAS 2), dedicado a aplicaciones que exijan mayores niveles de seguridad que no pueden tolerar una interrupción o perturbación (p.ej. transporte aéreo). Además de estos servicios de posicionamiento, Galileo suministrará un servicio de "Tiempo Preciso" en todo el mundo, con una escala de diferentes niveles de precisión y garantías. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL SISTEMA GALILEO Galileo, GPS y GLONASS, sistemas complementarios e independientes. Las futuras aplicaciones se beneficiarán de la posibilidad de utilizar todos estos sistemas de navegación juntos con otros modelos como si se tratara de uno solo. Por este motivo, los criterios de diseño de la estructura de la señal del sistema Galileo se están desarrollando para añadir un coste mínimo adicional a los terminales de usuario de otras alternativas. De esta forma, el uso combinado de estos sistemas proporcionará, por ejemplo, elevadas prestaciones en términos de disponibilidad de navegación en áreas urbanas. Actualmente, las simulaciones por ordenador demuestran que los usuarios podrán recibir la señal de por lo menos 16 satélites (GPS o Galileo), en lugar de los siete u ocho actuales con GPS. En entornos urbanos, tendríamos al menos cuatro o cinco satélites en vista para poder calcular la posición, lo cual proporciona una precisión razonable que puede ser incluso mejorada mediante el uso de sensores complementarios. Las ventajas de Galileo residen también en su independencia respecto a sus dos compañeros, asegurando que las aplicaciones críticas para la seguridad están protegidas de posibles errores. Además, el uso creciente de los aplicaciones de posicionamiento, genera una dependencia de estos servicios, que a su vez exige garantías de disponibilidad a largo plazo bajo control internacional. En lo referente a este último aspecto, Galileo será gestionado por una entidad independiente que garantice servicio a la comunidad de usuarios, incluyendo aplicaciones críticas para la vida humana. El planteamiento de la arquitectura del sistema trata de eliminar la necesidad de tener que desarrollar mejoras futuras debido al surgimiento de nuevas necesidades específicas. Para ello, se asume una estructura jerárquica, cuya filosofía está basada en la optimización de sus componentes (global, regional, local, equipos de usuario) que permitan establecer el interfaz con otros sistemas (GSM, UMTS,…), y así disminuir la complejidad y el coste de cada componente. Sin embargo, los conductores principales del diseño de los equipos serán los aspectos relacionados con la responsabilidad jurídica que vayan a entrar en juego con el empleo del sistema. Pudiendo afrontarse la integridad del mismo de manera nacional o regional, incluyendo en ambos casos registros legales obligatorios. 2 ¿QUÉ ES GALILEO? 2.1 DEFINICIÓN Tal y como se ha visto en el capítulo anterior, Galileo es la iniciativa europea surgida para desarrollar un Sistema Global de Navegación por Satélite, de titularidad civil, que proporcione a Europa independencia respecto a los sistemas actuales: GPS y GLONASS. El funcionamiento de Galileo es similar al de sus competidores; todo se basa en una constelación de satélites que en pocas horas dan la vuelta al mundo. El corazón del sistema lo constituyen los relojes atómicos, de extremada precisión, que van a bordo de los satélites y que proporcionan una referencia de tiempo precisa para que el receptor mida el tiempo que tarda la señal en llegar desde el satélite (en 1 segundo recorren 300.000.000 metros).
Midiendo la distancia a tres satélites se puede deducir la posición del receptor a partir del conocimiento de la posición de los satélites, la cual es controlada en todo momento por las estaciones de control y seguimiento del sistema. En la práctica se requiere un cuarto satélite para corregir los errores de sincronización de los relojes. Galileo por lo tanto permite al usuario determinar con elevada precisión su posición en el espacio y en el tiempo. La componente espacial de Galileo está constituida por 30 satélites repartidos en tres planos orbitales de 23.600 Km. de altura y 55º de inclinación, diseño que mejora su cobertura en latitudes extremas (cerca de los polos) con respecto a los sistemas actuales. El sistema se complementa con una serie de estaciones terrestres encargadas de controlar y gestionar la constelación, así como de proporcionar servicios de valor añadido como datos de integridad, servicios de búsqueda y rescate e incluso información comercial. Galileo abarca a un gran número de usuarios, cada uno de los cuales demanda unas determinadas prestaciones: el excursionista que pasea por el campo no requiere las mismas exigencias de disponibilidad del sistema o precisión que el avión o el barco que navega hacia su destino. Para satisfacer necesidades tan variadas, Galileo ofrecerá varios niveles de servicio, establecidos de forma preliminar en junio de 2001, que ya han sido comentados y que básicamente pueden ser agrupados en dos categorías: un nivel básico de acceso libre y gratuito y dos niveles de acceso restringido para aplicaciones comerciales y profesionales.
2.2 EGNOS: EN EL CAMINO HACIA GALILEO Un primer paso para intentar paliar las deficiencias de los sistemas existentes GPS y GLONASS fue el desarrollo de los "sistemas de ampliación", conocidos como GNSS-1 que consisten en aumentar las prestaciones del GPS y GLONASS a través de datos adicionales procedentes de otros sistemas independientes de ellos. Los sistemas de ampliación por satélite "SBAS" consiguen proporcionar estos datos adicionales en un ámbito regional. El programa EGNOS europeo, el WAAS de Estados Unidos o el MSAS japonés, que entrarán en funcionamiento previsiblemente entre 2003 y 2005, son el resultado de esta iniciativa en sus respectivos ámbitos regionales. Según la definición de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), son "sistemas de ampliación espacial", pues aumentan las prestaciones con señales procedentes de satélites geoestacionarios. Estos satélites se mantienen fijos en la vertical de una determinada zona geográfica, lanzando para esa zona una señal que corrige los errores de los otros satélites de las constelaciones GPS ó GLONASS, consiguiendo así aumentar las prestaciones del sistema "original". Esta es la filosofía del programa europeo EGNOS, que nació en 1993 por iniciativa de la Comisión Europea, de la Agencia Espacial Europea (ESA) y de Eurocontrol. España mostró desde un primer momento su apuesta de futuro en el sistema EGNOS, precursor de Galileo. De hecho, el Ministerio de Fomento y el de Ciencia y Tecnología patrocinaron acciones investigadoras para aplicar EGNOS en el sistema de transporte terrestre (proyecto MIMICS). Gracias a EGNOS, se aumentarán todos los parámetros de la señal del GPS en la zona europea, particularmente la precisión y la integridad, de forma que EGNOS "avisará" cuando el GPS esté enviando una información "defectuosa". Sin embargo, las prestaciones de estos satélites geoestacionarios se degradan en latitudes muy altas (países nórdicos en el caso de Europa) y no deja de ser un sistema corrector de la señal primaria del GPS, por lo que persiste el problema de la propiedad y de la manipulación de la señal inicial. Por ello, el siguiente paso lógico para Europa fue plantearse la opción más ambiciosa: la creación de un sistema de navegación por satélite propio e independiente de los actuales, con cobertura mundial, de origen civil y al servicio de la comunidad internacional, que ofreciera iguales o mejores prestaciones que los sistemas existentes, aunque manteniendo con ellos total interoperabilidad. Este planteamiento fue el precursor del sistema Galileo. 2.3 RESULTADO FINAL: GALILEO Las carencias técnicas de GPS y EGNOS anteriormente mencionadas, junto con razonamientos de tipo estratégico, convencieron a la Unión Europea de la necesidad de contar con su propio sistema de radionavegación por satélite: Galileo. Galileo no nace con vocación de competir o ser una alternativa a GPS. La ventaja real de ambos sistemas será su uso conjunto: contar en total con cerca de 60 satélites mejorará las prestaciones. Las simulaciones por ordenador demuestran que los usuarios podrán recibir la señal de por lo menos 16 satélites (GPS o Galileo), en lugar de los siete u ocho actuales con GPS. En entornos urbanos, tendríamos al menos cuatro o cinco satélites en vista para poder calcular la posición, lo cual proporciona una precisión razonable (unos pocos metros) que puede ser incluso mejorada mediante el uso de sensores complementarios. Aparte de su carácter civil, Galileo proporcionará garantías legales de operación, fundamentales en aplicaciones críticas de seguridad, como el transporte aéreo o marítimo. Además, el sistema europeo aportará información adicional relativa a la integridad del sistema, aumentando la fiabilidad de las operaciones y avisando al usuario en el caso de que se produzcan errores. El proceso de determinación de posición será más robusto al contar con dos sistemas independientes GPS y Galileo, que el usuario recibirá con un único receptor. Esta característica mejorará especialmente las prestaciones, como ya se ha dicho, en los núcleos urbanos al tiempo que aportará mayor seguridad en las aplicaciones críticas, puesto que ante el fallo de un sistema todavía subsistirá el otro. Por todo esto será necesaria la colaboración entre Estados Unidos y la Unión Europea, estando prevista la formalización de un acuerdo de cooperación que fije las bases para un desarrollo coordinado de ambos sistemas. 3 ARQUITECTURA DE GALILEO 3.1 INTRODUCCIÓN Galileo estará compuesto por 30 satélites de órbita media (MEO) con su correspondiente infraestructura terrestre, y los elementos de ampliación regionales (si se consideran necesarios) y locales, para los futuros usuarios del sistema. Todas estas piezas del engranaje Galileo se articularán a través de cuatro elementos: Global: Aglutinará los servicios básicos de Galileo y estará compuesto por:
Regional: La finalidad de este componente será proporcionar a entidades regionales la posibilidad de ofrecer información de integridad sobre esa zona. Estará compuesto por:
Local: Proporcionará un incremento de integridad y precisión en aeropuertos, carreteras y enclaves en los que la corrección de la señal de los satélites sea especialmente importante. Se compondrá de estaciones localizadas que calcularán los errores de los satélites Galileo y los difundirán a los usuarios. Usuario: Será básicamente el receptor Galileo, que traducirá las señales de los satélites en información comprensible para los diferentes tipos de usuarios.
3.1.1 COMPONENTE GLOBAL La componente global del sistema Galileo estará formada por el segmento espacio, (constelación de satélites), y el segmento terreno asociado a la constelación. La constelación de satélites resulta ser la columna vertebral del sistema. Aunque se requiere un mínimo de 4 satélites para determinar la posición y el instante o tiempo real en el que se encuentra un de un móvil, las prestaciones del sistema mejoran a medida que el número de satélites “visibles” captados por el receptor aumentan. Por ello, aunque se consideraron diferentes tipos de órbitas y constelaciones, (24 satélites en órbitas de media altura y 8 satélites geoestacionarios), finalmente se ha optado por una constelación MEO (órbita media terrestre) de 30 satélites. De los estudios efectuados se dedujo que las constelaciones basadas en satélites MEO, permitían una mayor homogeneidad de las prestaciones, tanto en precisión como en disponibilidad y mejoraban el comportamiento para latitudes elevadas (zonas septentrionales de Europa), en caso de fallo de alguno de los satélites. Por el contrario, la constelación híbrida formada por satélites MEO y GEO sufría una pérdida acusada de prestaciones, cuando uno de los satélites GEO fallaba. De los 30 satélites de la constelación, que estarán distribuidos en tres planos orbitales, 27 estarán operativos mientras que los 3 restantes permanecerán en reserva, para entrar en servicio en caso de fallo de uno de los satélites operativos. Habrá por tanto un satélite de reserva por cada plano orbital. Los planos orbitales contarán con una inclinación de 56º, (órbitas directas). Esta alta inclinación permitirá una cobertura de muy buena calidad en latitudes extremas, (hasta 75º). Las órbitas de todos los satélites serán circulares de 23.600 Km de altura sobre la superficie terrestre, (semieje mayor de 29.900 Km y periodos orbitales ligeramente superiores a las 14 horas). La carga de pago de cada satélite (» 100 Kg), estará formada por un equipo para la navegación, así como un transpondedor para los servicios de búsqueda y rescate. En la actualidad se está estudiando la posibilidad de incluir una carga de pago dedicada a los servicios de Comunicaciones relacionados con la Navegación. Los satélites Galileo serán de un tamaño medio, con un peso en órbita próximo a los 650 Kg y con un subsistema de potencia capaz de generar 1.5 Kw. La masa, geometría y dimensiones de los satélites deberán permitir la optimización del despliegue de la constelación mediante lanzamientos múltiples, es decir, contar con la posibilidad de que un mismo lanzador sea capaz de poner varios satélites en el mismo plano orbital en un solo lanzamiento. Por ello, la elección del lanzador dependerá de la capacidad óptima de carga o número de satélites, de la fiabilidad y del coste y garantías.
Traza de un solo satélite Galileo y distintas zonas de visibilidad para 5º y 25º de ángulo de máscara En cuanto al segmento terreno, será el encargado de: • Gestionar la constelación de los satélites y controlar los principales parámetros de navegación: determinación orbital de los satélites y sincronización de los relojes. • Determinar y difundir, mediante los propios satélites de la constelación, los datos de integridad, es decir, los avisos de alerta de mal funcionamiento del sistema dentro de los intervalos de tiempos de aviso requeridos. • Proveer los interfaces necesarios tanto con los centros de servicios que proporcionan servicios comerciales, como con el segmento terreno del Sistema COSPAS-SARSAT que proporciona servicio de Búsqueda y Salvamento. La estructura del segmento terreno del sistema Galileo, puede dividirse en dos grandes componentes: • Segmento terreno principal, dedicado a la gestión de la constelación y al control de la navegación. • Segmento terreno complementario, dedicado a la determinación y difusión de la integridad del sistema. El segmento terreno principal estará formado por el Centro de Control de Navegación del Sistema NSCC, la red de Estaciones de Sincronización y Determinación Orbital OSS y las estaciones remotas encargadas de llevar a cabo la comunicación y seguimiento de los satélites para el envío de Telecomandos y la recepción de la Telemetría TTC. • Las estaciones de Sincronización y Determinación Orbital OSS, serán las encargadas de recibir las medidas de pseudo-range referenciadas a los relojes atómicos locales y los mensajes de navegación, transmitidos desde todos los satélites de la constelación visibles y enviarlos junto con los datos meteorológicos locales al NSCC. • El centro de Control de Navegación del Sistema NSCC, será el encargado de procesar los datos recibidos del OSS para obtener las efemérides de los satélites, los desfases de los relojes y la evolución de los parámetros orbitales. En el NSCC también se determinará el tiempo de referencia del sistema GST (Sistema de Tiempo de Galileo), así como el desfase entre tiempos con el UTC (Tiempo Universal Coordinado) y el TAI (Tiempo Atómico Internacional). • Finalmente las estaciones de TTC son las encargadas de mantener la comunicación con la constelación, recibiendo la telemetría de cada uno de los satélites y enviando los telecomandos y los datos calculados en el NSCC. El segmento terreno complementario, será el encargado de proveer la integridad del sistema, parámetro fundamental para la prestación de alguno de los servicios requeridos como es el caso de las aplicaciones críticas de seguridad. Estará formado por una red de Estaciones para el seguimiento de la Integridad IMS, un Centro de Control de la Integridad ICC y una serie de estaciones remotas encargadas de comandar la integridad a los satélites de la constelación IULS. • Las Estaciones para el seguimiento y monitorización de la Integridad IMS, serán las encargadas de recibir los datos necesarios para la determinación de la Integridad, que junto con los datos meteorológicos locales y otros datos auxiliares, serán enviados al ICC. • El Centro de Control de la Integridad ICC, será el encargado de determinar la integridad del sistema a partir de los datos recibidos del IMS, mediante métodos estadísticos. Los mensajes de Integridad serán enviados entonces a las IULS para su difusión. • Las estaciones IULS serán las encargadas de difundir los datos de integridad recibidos del ICC, enviándolos a los satélites de la constelación que los incluirán en su mensaje de navegación, para ser transmitidos a todos los usuarios.
3.1.2 COMPONENTE REGIONAL Aunque el sistema será de cobertura mundial y la integridad se distribuirá también a escala mundial, Galileo se ha diseñado de forma que se permite la introducción de un máximo de 8 componentes regionales, que podrán “personalizar” su propia integridad. Esta componente del sistema estará formada por redes de estaciones complementarias que vigilarán la integridad de las señales y los centros de procesamiento de datos que ofrecerán el servicio. La componente regional del sistema estará formada por: • Componentes regionales no Europeas del sistema Galileo. Segmentos terrenos dedicados a la determinación de la integridad sobre áreas específicas que no adopten los valores de la integridad global de Galileo. El despliegue y operación de estas componentes será responsabilidad de los proveedores de servicio de cada región. Los datos de integridad podrán ser transmitidos a la constelación de satélites directamente desde cada región, o a través del segmento terreno de la componente global. • El sistema EGNOS proporcionará datos de integridad regional con las correcciones diferenciales que lleve a cabo sobre la medición de las señales GPS y GLONASS. Estas correcciones se enviarán mediante los satélites Geoestacionarios correspondientes a la región Europea. 3.1.3 COMPONENTE LOCAL Algunos usuarios pueden demandar localmente prestaciones más exigentes que las proporcionados por el sistema global. Para que se entienda, el aterrizaje de una aeronave en un aeropuerto requiere una mayor precisión (del orden del metro o incluso inferiores) que la necesaria para ir de aventura por la montaña. Igualmente, la integridad de la señal puede requerir unos tiempos muy cortos de alarma de mal funcionamiento del sistema (del orden de un segundo para aplicaciones de aviación civil) sobre todo en aplicaciones en las que se pone en juego la vida humana. Las prestaciones que podrán proporcionar los servicios locales serán: • Datos comerciales, como bases de datos, mapas y correcciones • Señales de navegación adicionales. • Mejora de los datos de posición en áreas con una recepción de señal pobre, (ciudades, subterráneos...), mediante cálculos de posición basados en estaciones GSM o UMTS. • Canales de comunicaciones móviles. Para un sector como la aviación, la existencia de una componente local que ofrezca servicios de aterrizaje adaptado a las condiciones meteorológicas de Europa, es un aspecto muy importante a la hora de racionalizar las infraestructuras existentes. Por ello, la Comisión Europea se ha comprometido a llevar a cabo estudios técnicos y económicos e incluso, si se demuestra la viabilidad del sistema, facilitar la organización de un servicio local mediante las estructuras creadas. Por todas estas razones, el diseño de la señal de Galileo se condiciona a la necesidad de dar un soporte en las operaciones de carácter local. 3.1.4 SEGMENTO USUARIO Existe un gran abanico de usuarios de Galileo, cada uno de los cuales demanda sus propias requisitos de servicio. • Prestaciones y costes competitivos con los sistemas existentes. • Flexibilidad para su adecuación a las necesidades de los distintos tipos de usuarios. • Posibilidad de evolución e integración de nuevos servicios. • Posibilidad de utilización multimodal. 3.2 CENTROS DE SERVICIO Proporcionarán el interfaz del sistema Galileo con los usuarios y además suministrarán servicios de valor añadido (incluyendo los de las componentes locales). Dependiendo de la categoría del servicio, el centro de servicios podrá proveer de: • Información y garantía de las prestaciones y datos proporcionados • Gestión de las claves de acceso a los distintos servicios. • Información y gestión sobre seguros y responsabilidades. • Información sobre certificaciones y licencias. • Interfaces comerciales. • Apoyo en el desarrollo de las aplicaciones.
|
|
|