Satellittnavigasjon – status og fremtid

I fremtiden vil satellittmottagere kunne ta inn signaler fra en rekke systemer. Her eksempel fra det nye brukergrensesnittet på Kongsberg Seatex sin mottager DPS-232 som kan ta inn 72 satellitter samtidig.
Satellittnavigasjon er for alvor i ferd med å bli langt mer enn GPS. EU, Russland, India og Japan skyter nå opp navigasjonssatellitter som vil gi oss helt nye muligheter i årene som kommer. Begrepet GNSS som inkluderer alle systemene er følgelig den mest relevante betegnelsen i fremtiden.

GPS
Det er i år 30 år siden den første GPS satellitten startet prøvesendinger. Siden den gang har GPS forandret hverdagen for mange navigatører og bidratt til utvikling av ufattelig mange nye muligheter innen navigasjon og stedbaserte tjenester.
I de senere årene har vi sett at systemet har virket stadig bedre og gitt en gradvis bedre ytelse. Det er heller ikke lenger noen reell trussel at systemet skal kunne degraderes eller slåes av som følge av politiske vedtak i USA. Det er snarere en betydelig større trussel at andre skal forstyrre systemet for å oppnå uønskede effekter hos brukerne – det være seg militære operatører eller folk som benytter GPS i sporings- og alarmsystemer.
Det finnes dessverre i dag relativt rimelig og lett tilgjengelig jammeutstyr som kan slå ut satellittnavigasjon (og mobiltelefon). Både sårbarheten og det faktum at GPS har mangelfulle egenskaper i forhold til integritet gjør at både militære aktører og sivil luftfart ønsker fornying av systemet.
Det var derfor gledelig at amerikanske myndigheter nå i mai signerte kontrakt med Lockheed Martin om utvikling av neste generasjon GPS-satellitter (Block-III). Kontrakten til 1,5 milliarder dollar gir et kraftig signal om at amerikanerne vil kjempe for å beholde dominansen innen satellittnavigasjon. Selv om det ligger mange år frem i tid før vi har full konstellasjon med nye satellitter, forventes en gradvis forbedring både i militær og sivil ytelse. Brukere skal i denne tiden være klar over at eldre mottagerutstyr kan få problemer med å behandle data fra de nye satellittene og derfor gradvis få dårligere ytelse som følge av færre kompatible satellitter.

GLONASS
Selv om det russiske systemet GLONASS har levd litt i skyggen av GPS, har systemet vist gode ytelser nesten like lenge som GPS. Som følge av turbulensen omkring oppløsningen av Sovjet Unionen var det en periode vanskelig å vedlikeholde systemet. Systemet er likevel nå i stadig utvikling og har 17 operative satellitter.
For mange profesjonelle brukere innen maritime operasjoner og geodesi har hybride GLONASS og GPS mottagere vært en selvfølge. Et av hovedproblemene for optimal integrasjon med GPS og rimelig mottagerteknologi har vært at det russiske systemet har hatt vesentlig forskjellig modulasjon, datum- og tidsreferanse i forhold til GPS. Russerne har også lenge betraktet dette som et problem og derfor harmonisert både tids- og datumreferansen med det som benyttes i GPS.
Nylig ble det også bestemt at man i neste generasjon satellitter skal gå over til samme modulasjon som GPS (CDMA). Dette vil medføre at det vil bli langt enklere å benytte signal fra begge systemene. Basert på relativt sikre kilder i Russland forventes GLONASS å oppnå sin fulle konstellasjon med 24 satellitter i løpet av 2010.

Galileo
I likhet med USA og Russland har man i EU sett behovet for å kunne ha kontroll over kritisk infrastruktur som satellittnavigasjon nå er blitt. Arbeidet med å bygge opp sitt eget system har imidlertid gått mye tregere enn hva optimistene markedsførte for mange år siden.
Hovedproblemet for fremdriften i Galileo-prosjektet har vært enighet om finansieringen. Man hadde i utgangspunktet tenkt seg et regime hvor private aktører skulle bidra med ca. halvparten av utbyggingskostnaden på 3,4 mrd. euro, hvilket viste seg å være helt urealistisk. Nå har man imidlertid feiet det foreløpige finansielle problemet av banen og garantert for offentlig dekning for hele utbyggingen.
Ferdig utbygd vil Galileo ha 30 satellitter og en struktur og signalformat som minner mye om GPS og GLONASS, noe som vil gjøre interoperabilitet relativt enkelt.
I slutten av april kom den andre testsatellitten GIOVE-B i bane og sender nå viktige signaler til utviklerne. Etter de første planene skulle Galileo i dag være ferdig utbygget og i drift, men dette ventes nå ikke før i 2013. Når Galileo er operativt vil systemet kunne ha en ytelse som overgår det vi kjenner fra dagens GPS.
I tillegg vil viktige nød- og integritetsfunksjoner være innbygget. Ikke minst for sivil luftfart vil dette være svært viktig for å utnytte mulighetene som ligger i satellittnavigasjon. Selv om det fortsatt er kun testsignaler fra Galileo finnes det allerede mottagere fra bl.a. Septentrio og Topcon som er forberedt for systemet.

463Galileo_338220829.jpg
GPS får stadig sterkere konkurrenter i rommet. Her illustrasjon av den andre Galileo satellitten som kom i bane i slutten av april.

Andre
Mens man i EU har kranglet om hvem som skulle ta regningen for Galileo, har man i Kina, India og Japan vært svært effektive med å utvikle sine selvstendige systemer. I likhet med EU er det også her en drivkraft om selvstendig kontroll av kritisk infrastruktur som ligger bak.
I Kina startet det med det militære systemet Beidou som nå inngår i utviklingen av et komplett ”GPS-lignende” system med variert og omfattende banekonstellasjon av 35 satellitter. Systemet som nå kalles Compass skal etter planen stå ferdig i 2012.
I India er det også skutt opp de første satellittene i GAGAN systemet. Dette var i første omgang et støttesystem for GPS med 3 geostasjonære satellitter, men ved å tilføye fire geosynkrone satellitter vil man til enhver tid kunne se nok satellitter fra India til å foreta en selvstendig stedbestemmelse. Det indiske systemet forventes fullt operativt i 2011.
Det er eksakt den samme filosofien som i India som ligger bak det japanske systemet QZSS. Til tross for mange forsinkelser med utskytningen i Japan hevdes det at systemet med 3 geosynkrone og 2 geostasjonære satellitter skal være operativt i løpet av 2009.

Støttesystemer og backup
For å forbedre ytelsen og sikre regional dekning av GPS og GLONASS er det utviklet en rekke satellittbaserte støttesystemer (SBAS – Satellite Based Augmentation System). Systemene er basert på utsending av støtte-/korreksjonssignaler fra geostasjonære satellitter, samt at signalene kan benyttes som separate stedlinjer i posisjoneringen.
USA har allerede erklært sitt WAAS system operativt, noe som er like om hjørne også for det europeiske EGNOS systemet. Canada (CWAAS), Russland (SDCM), India (GAGAN) og Japan (MSAS) har kompatible systemer under etablering, noe som gjør at vi kan ha kontinuerlig dekning av støttesystemene i områdene som dekkes av de geostasjonære satellittene (ikke nord for ca. 75 grader N/S).
Parallelt med utviklingen av de satellittbaserte støttesystemene har flere land innsett at ensidig avhengighet av høyfrekvente satellittsignaler vil gjøre infrastrukturen svært sårbar. Dette har medført en revitalisering av det lavfrekvente og landbaserte LORAN systemet. Moderniseringen innebærer modernisering av sendere, samt innbygging av langt mer avansert funksjonalitet som også gjør at systemet kan operere sammen med satellittsystemene. I tillegg til å kunne operere selvstendig vil det ligge muligheter for differensiell operasjon av både GNSS og LORAN.
Den nye teknologien som nå oftest kalles eLoran er hov
edsakelig utviklet i Europa. USA har nylig bestemt at de vil satse på eLoran som sitt backupsystem for navigasjon. I Europa er det spesielt Frankrike og England som nå har tatt stilling til dette og iverksatt videreutvikling av Loran. Russland har også foretatt vellykkede tester av eLoran på sitt gamle Chayka system som er kompatibelt med våre eksisterende Loran-kjeder. Det er imidlertid ikke kjent om det er tatt endelig stilling til en fullstendig oppgradering i Russland.

Utfordringer
Med de mange systemene under utvikling og modernisering står utbyggerne over for mange store utfordringer. Man tenker seg at mottagere skal kunne sømløst integrere alle systemene. Det imidlertid en stor utfordring å velge frekvenser og modulasjonsformer som ikke forstyrrer de andre systemene som nødvendigvis må ligge i samme frekvensbåndene som er tildelt fra ITU.
Spesielt i USA er myndighetene naturlig nok meget kritisk til utviklingen. Dette er basert på en frykt for at GPS skal bli forstyrret. Det er meget mulig at alle systemene vil virke godt under gode signalforhold, men i tiden frem mot neste topp i solflekksyklusen i 2012, vil situasjonen for mange mottagere kanskje bli mer problematisk.
På det sikkerhetspolitiske området vil det også uten tvil bli en rekke store utfordringer. Navigasjonskrigføring er allerede blitt et etablert begrep og man kan forestille seg at sivil bruk lett kan bli svært skadelidende under regionale konflikter og øvelser. Dette er imidlertid et omfattende problemområde som vi skal la ligge i denne omgang.

DEL