koordináta

Itt az új év, és már majdnem beszáradt a billentyűzet, úgyhogy ideje kicsit ismeretterjedni. Több téma is eszembe jutott az elmúlt időszakban és a címben jelzett navigációs segédrendszerre, illetve a hozzá hasonló megoldásokra esett a választásom.

Nos, miről is van szó?
A GPS rendszer, mint olyan jónéhány pontatlanságtól terhelt. Ezek sokféle csoportba sorolhatóak és többféle okra vezethetőek vissza.
Egyrészt a GPS, mint navigációs rendszer katonai eredetű. A polgári "kommersz" felhasználás gyakorlatilag pénzkereseti lehetőség az USA kormánya számára. (Tudtátok pl., hogy a rendszer használatáért fizetni kell, és hogy ezért kerülnek a készülékek ennyire sokba?) Szóval ott tartottam, hogy az USA alapvetően katonai célú navigációs rendszert épített, és mint ilyet, nem feltétlenül szeretné pl. az ellenségei kezébe adni. De legalábbis nem annyira pontos rendszer formájában, mint amilyen a katonai változat. Igen, a mi számunkra korlátozott a rendszer pontossága, sokszor ideális feltételek mellett sem csökkenthető a hiba 20 méter alá.
A másik nagy probléma a másfél GHz körüli frekvenciával van (nem nagyon lehetne amúgy jobbat kitalálni erre), mégpedig az, hogy a légkörben előforduló szennyezettség, illetve a földközeli tárgyak befolyásolják ezen hullámok terjedését. Pl. sűrűn beépített városi környezetben a legjobb vevők se tudnak komoly pontosságot produkálni, de ugyanez igaz pl. egy szurdokban a szabadban.
Ez mind semmi, ott van még Murphy is. Tudjátok, ami elromolhat, az el is romlik egyszer. Itt most a műholdakra gondolok. Mivel manapság a világ egyre inkább támaszkodik a globális helymeghatározásra, fontosabb, mint valaha, hogy tisztában legyünk a rendszer működőképességével - integritásával. Természetesen erre beépített önellenőrző mechanizmus áll rendelkezésre, földi megfigyelő állomások ellenőrzik folyamatosan a műholdak állapotát (health status). Csakhogy ezek viszonylag lomhák, akár több óra is eltelik, mire a rendszer a vevők felé jelzi, hogy pl. egy műhold "rosszul tudja az időt".
Kérdezhetnétek, hogy miért érdekel ez engem? Nézem a kijelzőt, azért ha rossz utcában vagyok az hamar észrevehető, és még a ládákat is a "geoösvény" alapján keressük az utolsó pár méteren, nem a műszerrel.
Hát azért, mert egy halom olyan helyen használják a polgári GPS rendszert, ahol lehet, hogy nem kéne ennyire támaszkodni rá. Ilyen a polgári repülés pl., vagy a hajós navigáció. Aztán pl. az életmentő csapatok, akik eltűnt embereket keresnek elhagyatott terepen...
A fenti problémákra próbálnak megoldást felmutatni a különféle segédrendszerek, mint pl. Európában az EGNOS [European Geostationary Navigation Overlay Service]. Az amerikai WAAS és a japán MSAS rendszerekkel együtt korlátozott területű, de javított pontosítást és integritást biztosítanak a GPS rendszernek. Mindezt ingyenesen. Kvázi. Merthogy a vevőkészülékeknek támogatniuk kell a szolgáltatást.

Lássuk, hogy működik!
Először is. A GPS rendszer ugye 24+3 NAVSTAR műholdból áll, amik majdnem 20km magasan föld körüli pályán keringenek. Naponta 2x meg is kerülik a sárgolyót. A földi állomások jellemzően azt figyelik, hogy ezek a műholdak milyen állapotban vannak, a rendszer koordinálásában vesznek részt.
Az EGNOS nem önálló rendszer, hanem a GPS navigációt egészíti ki. Három geostacionárius, vagyis "egy helyben álló" műholdból áll, amelyeket nem is emiatt lőttek fel eredetileg, több más funkciót is ellátnak. A három műhold: IOR-W, AOR-E, ESA ARTEMIS.
A földön telepített állomások nélkül a fent "álló" három kávédaráló viszont semmit sem érne. 34 állomás (RIMS) figyeli az integritást, melyeket 4 főállomás fog össze, a kiszámított hibajel-információt pedig hat darab uplink állomás tudja felsugározni a műholdakra.

A működés jellegzetességei:
1.: A műholdak fedélzetén nincs elsődleges jelgenerátor, nem önálló jelforrások
2.: A jelfeldolgozás a földön történik
3.: A földi állomások küldenek fel jelet, és a visszaérkező jel hordoz információt
4.: A RIMS állomások figyelik az EGNOS műholdak pozícióját és összevetik a GPS információkkal
5.: A kettőből hibajelet (offset) képeznek, amelyet a 4 főállomásra továbbítanak földi adattovábbítás segítségével
6.: A főállomások meghatározzák az adatokból a GPS rendszer aktuális pontosságát
7.: Ha kész, a minden hibát tartalmazó kompozit jelet még mindig a földön továbbítják az uplink állomásoknak, amelyek felküldik azt a 3 EGNOS holdnak
8.: Az EGNOS holdak a korrekciós jeleket sugározzák vissza az alkalmas földi vevőkészülékeknek
9.: A kompatibilis vevőkészülékek figyelembe tudják venni ezen információkat, így pontosabb helyzetinformációt biztosíthatnak gazdájuknak.

Jó, akkor ez most már tuti tökéletes rendszer?
Természetesen nem. Egyrészt a polgári GPS rendszer 20 méter körüli pontosságát így is csak két méterre lehet leszorítani. Ez nem lenne rossz, de ráadásul ez nem is mindig igaz.
A legnagyobb gond eme korrekciós rendszerekkel, hogy pont a pontosságot előnytelenül befolyásoló domborzati/beépítettségi viszonyok tesznek be ezeknek is. Ráadásul ez a probléma földrajzi helyszíntől is függ: nem mindegy, hogy a geostacionárius pályán dekkoló műhold milyen szögben látszik az adott helyről. Ha ugye pont alatta állunk, akkor a domborzat és az épületek nem nagyon árnyékolnak be, míg a hatóterület határa felé távolodva a helyzet folyamatosan romlik, tulajdonképpen ezek az objektumok árnyékolnak. Szemléletes cikk szól erről a problémáról itt.

Van-e magyar vonatkozása a történetnek?
Persze, mindennek. :) Az EGNOS haszna természetesen nem elsősorban a geocaching terén elentkezik. Egyrészt a GPS rendszer pontossága az EGNOS révén főleg a függőleges pozíció meghatározásában javul drámaian. Ez természetesen a légiforgalom szempontjából fontos. Az EUROCONTROL nevű nemzetközi szervezet foglalkozik a tökéletesen egységes európai légiirányítás megszervezésével és ezen belül az EGNOS élesben történő használatának tesztjével is.

Ebben a munkában Európa műszaki egyetemei vállalnak nagy szerepet, ezen belül a BME is. 2003-tól egy kombinált GPS-EGNOS inspekciós állomás működik a főépület Petőfi-híd felőli oldalán a tetőre szerelve. Messziről látszik, elég feltűnő kedvenc Combinóinkról is könnyen kiszúrhatóak a kültéri eszközök. A BME tehát egyfajta kontrolling tevékenységben nyújt segítséget, a cél az, hogy minél megbízhatóbbá tegyék az egyébként még mindig tesztfázisban működő EGNOS rendszert.

A jövő
A jövőben - ami nem tudni, hogy mikor fog eljönni -, lesz egy önálló európai GPS rendszerünk, amely Galileo névre hallgat. Ha igaz, az EGNOS egy az egyben integrálódni fog ebbe, illetve a megszerzett tapasztalatokat hasznosítani lehet a majdani önálló európai helymeghatározó rendszerben.
Az EGNOS közelebbi hasznosításának látszik a már említett légiirányítási felhasználás. A jövőben javulni fog a repülőgépek irányíthatósága, javítható lesz az autmatikus le és felszállások pontossága. Idővel teljesen automatizált önálló navigációs rendszer válhat az EGNOS-ból, vagy utódjából. Szélsőséges ötletek szerint a toronyból lehet vezérelni (nem irányítani) a gépeket, ezzel kézben tartandó a gyorsan telítődő európai légteret.

Néhány link, amelyek segítettek a bejegyzés készítésében:

Kratochvilla Krisztina és Takács Bence cikke a Kütyü magazinban
ESA oldal az EGNOSról
Forián-Szabó Márton EGNOS elemzése szintén a Kütyü magazinban