El sistema de posicionamiento por satélite Galileo. … · El sistema de posicionamiento por...

III Jornada de Cartografía de Castilla y León.

El sistema de posicionamiento El sistema de posicionamiento por satpor satéélite Galileo.lite Galileo.

Aplicaciones en topografAplicaciones en topografíía y a y geodesiageodesia

Autor de la presentaciAutor de la presentacióón: Francisco Amarillo Fernn: Francisco Amarillo Fernáándezndez


Parte I : IntroducciParte I : Introduccióón n •• Sistemas de posicionamiento por satSistemas de posicionamiento por satéélitelite

Parte II : Sistema de posicionamiento por satParte II : Sistema de posicionamiento por satéélite Galileo lite Galileo •• DescripciDescripcióón del sistema Galileon del sistema Galileo

•• Estado actual del sistema Galileo Estado actual del sistema Galileo

Parte III : Geodesia y topografParte III : Geodesia y topografíía con el sistema Galileoa con el sistema Galileo•• Ventajas respecto de sistemas actualesVentajas respecto de sistemas actuales

•• Resultados preliminaresResultados preliminares

Contenido Contenido


Parte IParte I

IntroducciIntroduccióón n


IntroducciIntroduccióón (I)n (I)

Confidence region

Position

1d2d

3d

4d5d


Walker 27/3/1 plus 3 in-orbit spares (1/plane) Semi-major axis 29600.318 km

inclination 56 deg

Period: 14 hr 4 min 42 secGround track repeat cycle 10 days/17 orbits

IntroducciIntroduccióón (II)n (II)


Parte II Parte II

Sistema de posicionamiento por Sistema de posicionamiento por satsatéélite Galileo lite Galileo


Parte II. ContenidoParte II. Contenido

•• DescripciDescripcióón del sistema Galileon del sistema Galileo•• Servicios ofrecidosServicios ofrecidos

•• AnAnáálisis de la calidad del serviciolisis de la calidad del servicio

•• Propiedad y responsabilidades Propiedad y responsabilidades

•• Arquitectura del sistemaArquitectura del sistema

•• Estado actual del sistema Galileo Estado actual del sistema Galileo •• Plan de implementaciPlan de implementacióónn

•• Galileo GSTBGalileo GSTB--V1V1

•• Galileo GSTBGalileo GSTB--V2V2

•• Galileo IOV versus Galileo FOCGalileo IOV versus Galileo FOC


DescripciDescripcióón del sistema Galileon del sistema Galileo


Posicionamiento básico

Sincronización básica

Terminales muy económicos

Posicionamiento preciso

Garantizado

EncriptadoPosicionamiento integro

Posicionamiento continuo

Autenticación de la señal

Gubernamental

Encriptado

Detección e identificaron de alertas

Posicionamiento

Servicios sistema GalileoServicios sistema Galileo

DescripciDescripcióón del sistema Galileo (I)n del sistema Galileo (I)


Plan de frecuenciasPlan de frecuencias

DescripciDescripcióón del sistema Galileo (II)n del sistema Galileo (II)


DescripciDescripcióón del sistema Galileo (III)n del sistema Galileo (III)

•• Mono frecuencia Mono frecuencia •• Tres portadoras: E5a, E5b, L1Tres portadoras: E5a, E5b, L1

•• PrecisiPrecisióón horizontal mejor que 24 m (95%)n horizontal mejor que 24 m (95%)

•• PrecisiPrecisióón vertical mejor que 35 m (95%)n vertical mejor que 35 m (95%)

•• Doble frecuenciaDoble frecuencia•• CombinaciCombinacióón de portadoras: E5a, L1n de portadoras: E5a, L1



•• PrecisiPrecisióón sincronizacin sincronizacióón UTC mejor que 30 n UTC mejor que 30 nsns (95%)(95%)

•• Especificaciones comunesEspecificaciones comunes•• PrecisiPrecisióón de la velocidad mejor que 20 n de la velocidad mejor que 20 cmcm/s (95%)/s (95%)

•• Disponibilidad mejor que 99.5%Disponibilidad mejor que 99.5%

Open serviceOpen service


DescripciDescripcióón del sistema Galileo (IV)n del sistema Galileo (IV)

•• Doble frecuenciaDoble frecuencia•• CombinaciCombinacióón de portadoras: E5b, L1n de portadoras: E5b, L1



•• Limite de alarma horizontal: 12 mLimite de alarma horizontal: 12 m

•• Limite de alarma vertical: 20 mLimite de alarma vertical: 20 m

•• Riesgo de integridad mejor que 2.10Riesgo de integridad mejor que 2.10--77 in 150 sin 150 s

•• Tiempo de alarma mejor que 6 sTiempo de alarma mejor que 6 s

•• Riesgo de discontinuidad mejor que 8.10Riesgo de discontinuidad mejor que 8.10--66 in 15 sin 15 s

•• PrecisiPrecisióón de la velocidad mejor que 20 n de la velocidad mejor que 20 cmcm/s (95%)/s (95%)


Safety of life serviceSafety of life service


DescripciDescripcióón del sistema Galileo (V)n del sistema Galileo (V)

•• Mono frecuencia Mono frecuencia •• Tres portadoras: E6, L1Tres portadoras: E6, L1



•• Doble frecuenciaDoble frecuencia•• CombinaciCombinacióón de portadoras: E6, L1n de portadoras: E6, L1

•• PrecisiPrecisióón horizontal mejor que 6.5 m (95%)n horizontal mejor que 6.5 m (95%)


•• Limite de alarma horizontal/vertical 20 / 35 mLimite de alarma horizontal/vertical 20 / 35 m

•• Riesgo de integridad mejor que 2.10Riesgo de integridad mejor que 2.10--77 in 150 sin 150 s

•• Tiempo de alarma mejor que 10 sTiempo de alarma mejor que 10 s

•• Riesgo de discontinuidad mejor que 8.10Riesgo de discontinuidad mejor que 8.10--66 in 15 sin 15 s

•• Especificaciones comunesEspecificaciones comunes•• PrecisiPrecisióón de la velocidad mejor que 20 n de la velocidad mejor que 20 cmcm/s (95%)/s (95%)


Public regulated servicePublic regulated service


DescripciDescripcióón del sistema Galileo (VI)n del sistema Galileo (VI)

PrecisiPrecisióón horizontal (95%)n horizontal (95%)

Elevation (Elevation (°°)) 55 1010 1515 2020 3030 4040 5050 6060 9090

UERE (cm)UERE (cm) 845845 753753 678678 612612 508508 433433 401401 401401 401401

““Open serviceOpen service”” MonoMono--frecuencia (L1)frecuencia (L1)

MMíínimo: 10 mnimo: 10 m

MMááximo: 17 mximo: 17 m

(100% tiempo)(100% tiempo)


DescripciDescripcióón del sistema Galileo (VII)n del sistema Galileo (VII)


UERE (cm)UERE (cm) 845845 753753 678678 612612 508508 433433 401401 401401 401401

PrecisiPrecisióón vertical (95%)n vertical (95%)

““Open serviceOpen service”” MonoMono--frecuencia (L1)frecuencia (L1)

MMíínimo: 20.5 mnimo: 20.5 m

MMááximo: 29.5 mximo: 29.5 m



DescripciDescripcióón del sistema Galileo (VIII)n del sistema Galileo (VIII)

““Open serviceOpen service”” BiBi--frecuencia (L1frecuencia (L1--E5a)E5a)


UERE (cm)UERE (cm) 172172 117117 102102 9292 8585 8181 8080 7979 7979

PrecisiPrecisióón horizontal (95%)n horizontal (95%)

MMíínimo: 2 mnimo: 2 m

MMááximo: 4 mximo: 4 m



DescripciDescripcióón del sistema Galileo (IX)n del sistema Galileo (IX)

““Open serviceOpen service”” BiBi--frecuencia (L1frecuencia (L1--E5a)E5a)PrecisiPrecisióón vertical (95%)n vertical (95%)


UERE (cm)UERE (cm) 172172 117117 102102 9292 8585 8181 8080 7979 7979

MMíínimo: 4.5 mnimo: 4.5 m

MMááximo: 6.5 mximo: 6.5 m



Segmento Segmento terreno terreno

misimisióón (GMS) y n (GMS) y control (GCS)control (GCS)

ConstelaciConstelacióónn

AplicacionesAplicaciones

SeSeññal de al de navegacinavegacióónn

ObservacionesObservaciones Mensajes de Mensajes de navegacinavegacióón y de n y de

integridadintegridad

Sensores terrenosSensores terrenosUplinkUplink

UplinkUplink

DescripciDescripcióón del sistema Galileo (X)n del sistema Galileo (X)

DescripciDescripcióón del Sisteman del Sistema


•• Segmento espacial (S/S)Segmento espacial (S/S)•• 30 sat30 satéélites a 23222 lites a 23222 KmKm altitud (17 orbitas en 10 altitud (17 orbitas en 10 diasdias))

•• 10 sat10 satéélites por plano, 3 planoslites por plano, 3 planos

•• 9 sat9 satéélites por plano activos y 1 de reservalites por plano activos y 1 de reserva

•• Segmento terreno misiSegmento terreno misióón (GMS)n (GMS)•• 2 centros de control (Europa)2 centros de control (Europa)

•• 40 estaciones de referencia (distribuci40 estaciones de referencia (distribucióón global)n global)

•• 10 estaciones para 10 estaciones para missionmission upup--link (distribucilink (distribucióón global)n global)

•• Segmento terreno control (GCS)Segmento terreno control (GCS)•• 2 centros de control (Europa)2 centros de control (Europa)

•• 5 estaciones de 5 estaciones de TT&CTT&C (distribuci(distribucióón global)n global)

DescripciDescripcióón del sistema Galileo (XI)n del sistema Galileo (XI)

VisiVisióón sintn sintééticatica


CC--bandbandRXRX

Timing Timing SubSub--SystemSystem

NavigationNavigationSignal Signal

GeneratorGenerator

LL--bandbandTXTX

NavigationNavigation&&

SARSAR

E5E5

E6E6

L1L1SS--bandbandTC/TMTC/TM

SARSARUHFUHFRXRX

DescripciDescripcióón del sistema Galileo (XII)n del sistema Galileo (XII)

S/S. S/S. Elementos de la arquitectura del satElementos de la arquitectura del satéélite (I)lite (I)


RubidioRubidio•• Bajo coste y tamaBajo coste y tamaññoo•• Buena estabilidad a corto y medio plazo Buena estabilidad a corto y medio plazo ((unos pocosunos pocos nanonano--segundos/dsegundos/díía)a)

•• Excursiones de frecuencia inducidas Excursiones de frecuencia inducidas por el entornopor el entorno

MaserMaser de hidrde hidróógeno pasivo geno pasivo •• Mejor estabilidad a corto y medio plazo Mejor estabilidad a corto y medio plazo

““DriftDrift”” en frecuenciaen frecuencia

MaserMaser de h. pasivo (PHM):de h. pasivo (PHM):

18 18 KgKg

70 W70 W

PayloadPayload de navegacide navegacióón:n:

140 140 KgKg

900W900W

RubidioRubidio (RAFS): (RAFS):

3.3 Kg3.3 Kg

30 W30 W

Mensaje de navegaciMensaje de navegacióón actualizado cada 1 hora 40 minutos en n actualizado cada 1 hora 40 minutos en modo RAFS o cada 8 horas en modo PHMmodo RAFS o cada 8 horas en modo PHM

DescripciDescripcióón del sistema Galileo (XIII)n del sistema Galileo (XIII)

S/S. S/S. AtomicAtomic FrequencyFrequency StandardsStandards (I)(I)


DescripciDescripcióón del sistema Galileo (XIV)n del sistema Galileo (XIV)

Elementos de la Elementos de la arquitectura del arquitectura del G/SG/S--GMS (I)GMS (I)

OFF-LINE FACILITIES


Estado actual del sistema Estado actual del sistema Galileo Galileo


GSTBV2Segmento espacial

FASE IOV

PrototipoPrototipoAlgoritmos de misiAlgoritmos de misióónn

SatSatéélites (2)lites (2)Estaciones terrenasEstaciones terrenas

ValidaciValidacióón en n en óórbitarbitaProcesado en tierra Procesado en tierra

SatSatéélites (4)lites (4)Estaciones terrenas (20 GSS, 2 TTC, 5 ULS) Estaciones terrenas (20 GSS, 2 TTC, 5 ULS)

Centro de control (1)Centro de control (1)ECEC--GJU/ESA/GAINGJU/ESA/GAIN

GSA/ConcesionarioGSA/Concesionario

ECEC--GJU/ESA/GAINGJU/ESA/GAIN

GSTBV1Segmento terreno

FASE FOC

Sistema operacionalSistema operacionalProcesado en tierra Procesado en tierra

SatSatéélites (30)lites (30)Estaciones terrenas (20 GSS, 5 TTC, 10 ULS) Estaciones terrenas (20 GSS, 5 TTC, 10 ULS)

Centro de control (21)Centro de control (21)

Estado actual del sistema Galileo (I)Estado actual del sistema Galileo (I)

Proyecto Galileo: Fases de desarrolloProyecto Galileo: Fases de desarrollo


GSTBGSTB--V1V1

Estado actual del sistema Galileo (II)Estado actual del sistema Galileo (II)


Estado actual del sistema Galileo (III)Estado actual del sistema Galileo (III)

GSTBGSTB--V1. ArquitecturaV1. Arquitectura


Estado actual del sistema Galileo (IV)Estado actual del sistema Galileo (IV)

GSTBGSTB--V1. Red de estaciones V1. Red de estaciones


σσ

GSTBGSTB--V1. Algoritmos de V1. Algoritmos de misionmision (I)(I)

Estado actual del sistema Galileo (V)Estado actual del sistema Galileo (V)


GSTBGSTB--V2V2

Estado actual del sistema Galileo (VI)Estado actual del sistema Galileo (VI)


GSTBGSTB--V2. Objetivos y procesoV2. Objetivos y proceso

Plataforma aceptadaInyección en orbita

Payload aceptada Fases de experimentación

Objetivos:Objetivos:CaracterizaciCaracterizacióón n de reloj de de reloj de abordoabordo

CaracterizaciCaracterizacióón n del del ““trackingtracking””errorerror

Estado actual del sistema Galileo (VII)Estado actual del sistema Galileo (VII)


Parte IIIParte III

Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el a con el sistema Galileosistema Galileo


•• Ventajas respecto de sistemas actualesVentajas respecto de sistemas actuales•• Cualitativas y cuantitativas Cualitativas y cuantitativas

•• Resultados preliminaresResultados preliminares•• IntroducciIntroduccióón al proyecto n al proyecto

““Carrier Phase Positioning Techniques for GNSSCarrier Phase Positioning Techniques for GNSS--22””

•• DescripciDescripcióón del experimenton del experimento

•• ResoluciResolucióón de la ambign de la ambigüüedad. Fiabilidad edad. Fiabilidad

•• ResoluciResolucióón de la ambign de la ambigüüedad. Duraciedad. Duracióónn

•• PrecisiPrecisióón del posicionamienton del posicionamiento

Parte III. Contenido Parte III. Contenido


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (I)a con el sistema Galileo (I)

Ventajas respecto de sistemas actualesVentajas respecto de sistemas actuales

•• Mayor estabilidad orbital (menor numero de maniobras)Mayor estabilidad orbital (menor numero de maniobras)

•• Tres frecuencias civiles en abierto: E5a, E5b, L1Tres frecuencias civiles en abierto: E5a, E5b, L1Compatible con TCAR (Three Carrier Ambiguity Resolution)Observables en fase generados independientemente

•• Una frecuencia civil adicional comercial: E6Una frecuencia civil adicional comercial: E6Compatible con MCAR (Multi Carrier Ambiguity Resolution)

•• Distancias a satDistancias a satéélites mas precisas (I) lites mas precisas (I)

PRN con PRN con ““chip chip ratesrates”” mas altosmas altos10.23 Mcps en E5a y E5b

1.023 Mcps en L1

5.115 Mcps en E6


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (II)a con el sistema Galileo (II)


•• Distancias a satDistancias a satéélites mas precisas (II) lites mas precisas (II)

Tiempos de correlaciTiempos de correlacióón mas largosn mas largosUna señal piloto para “ranging” y otra señal con datos

E5a-I, E5a-Q, E5b-I y E5b-Q

L1-B, L1-C, E6-B y E6-C

•• Distancias a satDistancias a satéélites mas precisas (III)lites mas precisas (III)MajorMajor resistencia a reflexiones localesresistencia a reflexiones locales


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (III)a con el sistema Galileo (III)


•• Posiciones orbitales mas precisas (I) Posiciones orbitales mas precisas (I)

Mas parMas paráámetros orbitales en el mensaje de navegacimetros orbitales en el mensaje de navegacióónn

Dos parDos paráámetros adicionales (en negociacimetros adicionales (en negociacióón)n)Derivada primera de la corrección al movimiento medio

Derivada primera de la raíz cuadrada del semieje mayor

•• Posiciones orbitales mas precisas (II) Posiciones orbitales mas precisas (II)

Mayor precisiMayor precisióón en la determinacin en la determinacióón orbitaln orbitalRed de observación mas extensa

Comunicaciones dimensionadas para servicios en tiempo real

Actualización mas frecuente del mensaje de navegación


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (IV)a con el sistema Galileo (IV)


•• ParParáámetros del reloj de abordo mas precisos (I) metros del reloj de abordo mas precisos (I)

Mayor resoluciMayor resolucióón en el mensaje de navegacin en el mensaje de navegacióón n

•• ParParáámetros del reloj de abordo mas precisos (II) metros del reloj de abordo mas precisos (II)

Mayor precisiMayor precisióón en la determinacin en la determinacióón del reloj de abordon del reloj de abordoRed de observación mas extensa

Comunicaciones dimensionadas para servicios en tiempo real

Actualización mas frecuente del mensaje de navegación

•• ParParáámetros del reloj de abordo mas precisos (III) metros del reloj de abordo mas precisos (III)

Reloj de abordo mas estable y por tanto mas predecibleReloj de abordo mas estable y por tanto mas predecible


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (V)a con el sistema Galileo (V)

Proyecto Proyecto ““CarrierCarrier PhasePhase PositioningPositioning TechniquesTechniques forfor GNSSGNSS--22””

Descripción (I)


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (VI)a con el sistema Galileo (VI)


Descripción (II)

Simulated Simulated FrequenciesFrequencies

L1 L1 (1575,42 MHz)(1575,42 MHz)

L2 L2 (1227,60 MHz)(1227,60 MHz)

G(7) G(7) (1605,9375 MHz)(1605,9375 MHz)

G(24)G(24)(1615,50 MHz)(1615,50 MHz)

Actual/Planned Actual/Planned FrequenciesFrequencies

L1 L1 (1575.42 MHz)(1575.42 MHz)

E5a E5a (1176.45 MHz)(1176.45 MHz)

E5b E5b (1207.14 MHz)(1207.14 MHz)

E6 E6 (1278.75 MHz)(1278.75 MHz)

Pseudo rangePseudo range 21 cm21 cm 21 cm21 cm 21 cm21 cm 21 cm21 cm

Carrier phaseCarrier phase 2 mm2 mm 4 mm4 mm 4 mm4 mm 3 mm3 mm

• Análisis de sensibilidad al entorno de multipath y a la actividad ionosférica

• Resultados del experimento en laboratorio han de interpretarse en forma relativa y no absoluta, es decir comparando TCAR frentea DCAR, y MCAR frente a TCAR. Los valores absolutos son solamente indicativos.


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (VII)a con el sistema Galileo (VII)


Descripcion (III)

•• Definiciones aplicadas para las figuras de meritoDefiniciones aplicadas para las figuras de merito

•• Fiabilidad: Fiabilidad: Cociente entre ambigüedades resueltas correctamente y las resueltas incorrectamente. Se expresa como un porcentaje.

•• DuraciDuracióón: n: Tiempo medio (en segundos) que necesita el SW para determinar correctamente la ambigüedad

•• PrecisiPrecisióón: n: Diferencia entre la posición real y la posición estimada por el SW (en metros)


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (VIII)a con el sistema Galileo (VIII)


Resolución de la ambigüedad. Fiabilidad

Figure 1: DCAR performance – Reliability – Galileo -

BL REF1-STA3 (32KM)

Figure 2: TCAR performance – Reliability – Galileo -

BL REF1-STA3 (32KM)


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (IX)a con el sistema Galileo (IX)


Resolución de la ambigüedad. Fiabilidad

Figure 1: DCAR performance – Reliability – Galileo -

BL STA5-REF1 (70KM)

Figure 2: TCAR performance – Reliability – Galileo -

BL STA5-REF1 (70KM)


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (X)a con el sistema Galileo (X)


Resolución de la ambigüedad. Duración


Geodesia y topografGeodesia y topografíía con el sistema Galileo (XI)a con el sistema Galileo (XI)


Resolución de la ambigüedad. Precisión

RMS Norte [mm] RMS Este [mm] RMS Altura [mm]

Longitud base [km]

DCAR TCAR FCAR DCAR TCAR FCAR DCAR TCAR FCAR

5000 9.97 6.88 6.23 3.5 2.38 2.51 10.01 9.15 7.82

20000 8.77 6.94 6.54 5.58 4.83 5.15 13.33 9.86 7.71

35000 6.71 5.04 4.66 5.68 4.09 4.19 15.01 10.36 8.89

39085 8.02 6.59 6.61 5.91 4.33 4.01 12.49 9.58 8.19

55000 8.64 7.62 6.92 4.7 3.45 3.64 13.45 9.7 8.48

58642 10.37 8.21 7.66 5.52 3.72 4.3 15.68 14.25 11.62

75000 9.9 7.54 7.39 5.52 4.62 3.88 16.18 12.08 11.3

85322 10.85 9.64 9.61 5.59 4.74 3.87 13.11 8.92 8.65


FINFIN

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