Galileo (satelite bidezko nabigazioa)

Galileo izeneko satelite bidezko nabigazio sistema globala Europako Batasunak eta Europako Espazio Agentziak (ESA) elkarlanean eraikitzen ari diren nabigazio sistema da. Galileo izena, Galileo Galilei italiar fisikari eta astronomoaren omenez jarri zen. Sistema honek GPS sistemarekiko mendekotasuna murriztea du helburu, eta 2011rako haien zerbitzuak eskaintzen hastea zen helburua, baina oraindik ez da lortu.

Satelite bidezko nabigazio sistema globalak, puntu jakin bateko koordenatu geografikoak zehazten laguntzen du. Sistema honek satelitez beteko konstelazioa erabiltzen du seinaleak transmititzeko, seinale horri esker, edozein lekuko kokapena jakin genezake. Satelite artifizialetan oinarritutako nabigazio-sistemak erabiltzaileei posizioari eta denborari buruzko informazioa eman diezaieke zehaztasun osoz, munduko edozein lekutan. Horretarako, hiru ardatz behar ditugu, berez, gizabanako edo objektu bat antzemateko: X ardatza, Y ardatza eta Z ardatza. Horregatik, gutxienez hiru satelite behar dira posizioa ezagutzeko, baina hau ez da horrela; izan ere, posizioa ezagutzeko gure hartzaileak (normalean mugikorrak) seinaleak satelitetik hartzaile heltzeko behar izan duen denbora kalkulatu behar du. Hala ere, sateliteko erlojua gure hartzailekoa baino zehatzagoa da, eta, ondorioz, akats bat sortzen da. Hori dela eta, satelite gehigarri bat behar da, hau da, guztira lau satelite behar dira, posizioa ahalik eta zehatzen ezagutu ahal izateko.

GPS eta Galileoren arteko interoperabilitatea

Hasieratik, proiektua irekia eta globala izango zela hautatu zuten, horrez gain, GPSarekin^[1] bateragarria izatea eta era berean era independentean ibiltzea nahi zuten. Galileok interoperabilitatea eta autonomia eskaintzen du bere sisteman:

Interoperabilitatea: Beste satelite bidezko nabigazioetan erabilitako seinalea erabili ahal izatea emandako kokatze-emaitzaren kalitatea degradatu barik. Horretarako, seinalean erabilitako espektroa ondo mugatu behar da.
Autonomia: Erabilitako sistemaren arazoak eta ahultasunak saihestea. Hori lortzeko, espazio segmentuak eta kontrol segmentuak erabat bananduta eta era autonomoan ibiltzen dira. Horrez gain, maiztasun-banda berean erabilitako modulazio eskemak beste sistemek sortutako interferentziak saihesteko eratu dira.^[2]

Interoperabilitatea lortzeko teknikak

CDMA eta PRN kodearen erabilera

Satelite bakoitzak hainbat kode bidaltzen ditu hartzaileak zein satelite izan den jakiteko eta horrela bere kokapena era egokian kalkulatzeko.

Maiztasunaren esleipena

Alde batetik,sistema bakoitzaren autonomia ziurtatu behar dute. Horretarako, sistemen potentzial interferentzia murriztu behar dute maiztasun berean esleitutako seinaleetan. Neurri honek, GP Saren hartzaile zaharren errendimendua eta beste sistemen immunitatea bermatzen du.
Beste aldetik, GPS eta Galileo nabigazio sistemak E1 eta E5 maiztasun-bandetan kokatuta egon behar dira interoperabilitatea bermatzeko eta hartzaileak sinpleagoak eta merkeagoak izateko.

BOC modulazioa

GPS eta Galileoren arteko bateragarritasuna bermatzeko diseinatu zen modulazioa^[3] da. Maiztasun-banda berean dauden seinaleen energia banatzen duen modulazioa da, hau da, seinalearen potentzia,maiztasun-bandaren edozein tokitan kontzentratu daiteke. Esandako modulazioak maiztasun zentral berberak dituzten seinaleen banaketa espektrala errazten du. GPS eta Galileoren garapenean ere, BOC modulazioa asko garatu zen. Hori dela eta BOC modulazio desberdinak garatu zituzten:

BOCc
AltBOC
MBOC
CBOC
TMBOC

Galileo sistemaren egitura

Satelite bidezko nabigazio sistemak hiru segmentu printzipalez osotuta daude^[4].

Segmentu espaziala

Segmentu espaziala satelitez bidez osotutako konstelazioa da. Erabiltzaileei zerbitzua emateko gutxienez 4 satelite egon behar dira eskuragarri era berean. Segmentuaren funtzio nagusiak honako hauek dira:

Alde batetik, kode eta eramaile fasearen seinaleak sortzea eta igortzea Galileo seinalearen egitura zehatzarekin.
Kontrol Segmentuak bidalitako nabigazio mezua gordetzea eta berriro bidaltzea.

Transmisio horiek sateliteetan dauden erloju atomiko oso egonkorrak kontrolatzen dituzte. Galileo proiektua amaitzen denean, 30 ( 27 satelite erabilgarri eta 3 ordezko satelite) satelite egongo dira Lurraren Orbita Ertainean (MEO), 23.222 kilometroko altueran. Esandako sateliteak ekuatorearekiko 56°-ko inklinazioarekin egongo dira plano orbital bakoitzean. Sateliteak plano bakoitzaren inguruan modu uniformean hedatuko dira eta 14 ordu inguru beharko dira Lurreko orbitaren ibilbidea egiteko. Arazoei aurre egiteko, hau da ,zeozerk huts egiten badu, plano bakoitzeko ordezko satelite bat izango dute . Ordezko satelite horiek mantendu edo zerbitzuen bilakaeraren jardueren arabera aktibatu eta esleituko dira. Plano orbital bakoitzak planoaren barruan uniformeki banatutako 8 satelite biltzen ditu eta satelite horien arteko desplazamendu angeluarra 15º da ondoko bi planoetan.

Galileo sateliteak

Sateliteek bere egitura eta mekanismoak dituzte orbitan mantentzeko, kontrol segmentuarekin komunikatzeko eta hartzaileei seinaleak bidaltzeko. Sateliteen erlojuak atal kritikoenak dira satelite bidezko nabigazio sistemetan, beraz zehaztasun handiko erloju atomikoak erabiltzen dira. Galieon sateliteek 3 fase izan dituzte.

Galileo sateliteen fase esperimentala

2005 eta 2008. urteen artean bi satelite esperimental abiarazi ziren GIOVE-A^[5] eta GIOVE-B^[6] hain zuzen ere (Gelileo In-Orbit Validation). Misio honen eginkizuna Telekomunikazioen Batasun Internazionalak (ITU) emandako maiztasun-bandak mantentzea, teknologiak balioztatzea, MEO monitorizatzea eta Galileo seinaleak sortzea izan zen. Bi sateliteak paraleloan eraiki ziren erredundantzia emateko eta misioaren eginkizunak betetzeko.

Galileo IOV fasea^[7]

Fase honen betebeharra orbitan eta lurrean egindako proben bidez Galileoko espazioa, kontrol eta erabiltzaile segmentuak kalifikatzea izan zen. Fase honetan 4 satelite operatibo bidali ziren, lehen aipatutako GIOVE-A eta GIOVE-B sateliteak osatzeko. Lehenego 2 sateliteak 2011ko urriaren 21ean bidali ziren lehenengo orbita planora, beste bi sateliteak ostera, 2012ko urriaren 12an bidali ziren bigarren orbita planora.

Galileo FOC fasea

FOC fasean, ( Full Operational Capability^[8]) 2012-2016 urte bitartean, konstelazioa 18 satelite inguru haziko zela espero zen, aurreko faseko 4 sateliteak kontuan izanda. 2020. urterako 27 satelite operatiboz gehi 3 ordezko satelitez osotutako konstelazioa izatea espero dute.

Kontrol segmentua

Kontrol segmentua^[9] edo lursail segmentua Satelite bidezko nabigazio sistema globalaren funtzionamendu egokiaz arduratzen da eta bere oinarrizko funtzioak hauek dira :

Sateliteen konstelazioaren egoera eta konfigurazioa kontrolatzea eta mantentzea.
Efemerideak (Sateliteen posizio orbitalak) eta sateliteen erlojuaren bilakaera aurreikustea.
Sistemari dagokion denbora eskala mantentzea .
Nabigazio mezuak eguneratzea.

Galileo kontrol segmentuak satelite konstelazio osoa, nabigazio sistemaren instalazioak eta zerbitzuen hedapena kontrolatzen du. Hori lortzeko, hainbat estazio desberdin daude:

2 Lurreko Kontrol Zentro (GCC edo Ground Control Centre).
5 Telemetria, Jarraipen eta Kontrol estazio ( TT&C edo Telemtry, Tracking and Control stations).
9 Misio Uplink Estazio (ULS edo Mission Uplink Stations).
Nazioarteko Galileo sare bat (GSS edo Galileo Sensor Stations).

Lurreko kontrol segmentua (GCS) galileo sateliteen konstelazioen kontrolaz eta kudeaketaz arduratzen da. Satelite konstelazio osorako TT&C funtzioa eskaintzen du. TT&C estazioek 12 metroko diametroa duten antenak erabiltzen dituzte datuak kontrol zentroen eta sateliteen artean era seguruan trukatzeko.

Lurreko Misio Segmentua (GMS) uplinkaz arduratzen da. Uplink horretatik, nabigazioa eta UTC denbora transferitzeko behar diren nabigazio edo osotasun datu mezuak bidaltzen dira. GMSak mundu mailako GSS sare bat du. Sare honek informazioa etengabe biltzen du eta gero GCCk informazio hori prozesatzen du Galileok nabigazio eta osotasun informazioa lortzeko. GMSak 3 harrera kanal paraleloz osotuta daude eta bakoitzak hainbat funtzio ditu:

Erloju eta orbita datuak zehaztea eta sinkronizatzea.
Integritatea zehaztea.
Kanal redundantea izatea (kanal batek porrot egiten badu hirugarren kanala erabiliko da).

Nabigazio eta integrazio datuak GCCtik sateliteetara bidaltzen dira 9 ULSak erabilita. Estazio horiek 3 m-ko diametroa duten antena parabolikoz osotuta daude. Uplinka erabiltzaile guztiei mundu osoan nabigazio eta integrazioari buruzko informazioa ematea bermatzeko diseinatuta dago, antena bakarra galtzearen ondorioz balizko porrotaren kasua bada ere. Integrazio edo osotasun informazioa oso garrantzitsua da; izan ere, erabiltzailerai oharra bidaltzen dio akatsen bat baldin badago. Gaur egun, hegazkinek ezin dute GPSa erabili integritate datuak ez duelako, adibidez.

Bi Lurreko Kontrol zentruak (GCC) segmentu honen muina dira. Bi Lurreko Kontrol Zentruak Fuzino (Italia) eta Oberpfaffenhofen (Alemania) kokatuta daude eta berne funtzio nagusiak hauek dira :

Orbitaren zehaztea eta sinkronizatzea.
Galileo sateliteak eta nabigazio datu mezuak kontrolatzea.
Nabigazio mezuak sortzea
Denbora referentziak koordinatzea.
Elementu guztien mantenimendua, jarraipena eta kontrola bermatzea.

Erabiltzaile segmentua

Erabiltzaile segmentua satelite bidezko nabigazioaren sistemaren hartzaileak dira. Hartzaileen funtzio nagusia sateliteak bidalitako seinaleak jasotzea eta bere posizionamendua jakitea da, horretarako hartzaileak ekuazio batzuk burutu behar ditu koordenatu zehatzak jakiteko. Hartzeileen osagai basikoak hurrengoak dira:

Anplifikadorea daukan antena

Irrati frekuentzia sekzioa
Mikroprozesadorea
Osziladorea
Tentsio iturria edo korronte iturria
Datuak gordetzeko memoria
Interfazea

Galileoren seinaleak

Sateliteek nabigazio seinaleak igortzen dituzte etengabe bi maiztasun desberdin edo gehiagotan ( L bandan) . Seinale hauek 3 osagai dituzte:

Maiztasun eramailea
PRN kodeak: Hartzaileari irrati seinalearen bidaia-denbora zehaztea laguntzen duen zeroz eta batez osotutako sekuentzia zenbakia da.
Nabigazio datuak: Sateliteen efemerideen, erloju parametroen, satelite egoerararen eta bestelako informazioa ematen duen kode bitarra da.

Alboko irudian ikusten dugun moduan Galileok 3 maiztasun-banda desberdin ditu eta beste nabigazio sistemekin partekatzen dira:

1164-1215 MHz (E5A-E5B)
1260-1300 MHz (E6)
1559-1591 MHz (E1)

Galileok 10 nabigazio seinale bidaltzen ditu lehen aipatutako 3 banden bidez. Seinale horiek hainbat zerbitzu eskaintzeko diseinatuta daude.

OS (Open Service)

OS doako zerbitzua da beraz mundu osoak erabili dezake. Zerbitzua emateko 3 seinale eskaintzen dira.

Erabiliko diren maiztasun-bandak E5A, E5B eta E1 dira.

PRS (Public Regulated Service)

Honako zerbitzua segurtasun agintariei zuzenduta dago( poliziak, militarrak...), beraz sarbide kontrol handia behar da. Zerbitzua gobernuaren kontrolean dago eta jamming eta spoofing aurkako babesa du. Horrez gain, enkriptatutako bi seinalez osotuta dago.

Erabiliko diren maiztasun-bandak E6 eta E1 dira.

CS (Commercial Service)

Zerbitzu hau, enkriptazio komertziala duten bi seinalez osatuta dago.

Erabiliko diren maiztasun-bandak E6 da.

SAR (Search and Rescue)

Galileo seinale bat erreskatearen koordinazio zentroarekin lotuta egongo da eta erabiltzaileei haien egoeraren berri eman dutela jakinaraziko die.

SoL (Safety-of-Life)

Honako zerbitzua eskuragarri dago jada abiazioentzako (ICAO).