Новий сигнал має запрацювати в повному обсязі у 2024 році
24 січня 2023 року Європейський Союз оголосив про початок тестування високоточної служби Galileo (HAS), а її повноцінне введення в експлуатацію заплановане на 2024 рік. Цей безкоштовний сигнал додає можливості точного позиціонування (PPP) для відповідних приймачів. HAS представляється як альтернатива існуючим комерційним сервісам, тож чого можна очікувати від цього нового сигналу?
ЄС розглядає HAS як альтернативу поточним послугам доповнення ГНСС, таким як RTK і PPP від комерційних провайдерів. Galileo HAS має допомогти різним цільовим ринкам і сферам застосування, в тому числі геоматиці, авіації/безпілотникам і морській галузі, а також автономному водінню і точному сільському господарству.
Доповнення до кодової частини та диференціальної фази несучої GNSS
Доповнення ГНСС з диференціальною фазою коду – це метод, за допомогою якого на базових станціях обчислюються поправки дальності до кодованих сигналів дальності.
Поправка – це різниця між теоретичною дальністю між станцією і супутником та дальністю, виміряною станцією. Ці поправки, які раніше в основному передавалися за допомогою наземних ретрансляторів, тепер зазвичай передаються користувачеві за допомогою супутників (SBAS). Система забезпечує абсолютне місцезнаходження з зоною обслуговування до тисяч квадратних кілометрів. Точність залежить від сервісу, але коливається від декількох дециметрів до кількох метрів по горизонталі. Точність по вертикалі, як правило, низька і становить метри. Безкоштовна SBAS з використанням таких систем, як EGNOS і WAAS, входить в стандартну комплектацію кожного сучасного ГНСС приймача.
Доповнення ГНСС з різницею фаз несучої охоплює RTK і класичні статичні методи ГНСС. У цій ситуації обчислюється різниця базової лінії між базою і ровером. Замість того, щоб використовувати кодовані сигнали дальності, остаточні рішення залежать від фази несучої хвилі, від супутника. Оскільки системи фази несучої хвилі обчислюють лише різницю позицій між базою і ровером, вони є відносними системами. Остаточне положення визначається шляхом додавання до цієї різниці положення бази. Система має горизонтальну і вертикальну точність у кілька сантиметрів, з діапазоном близько 15-25 кілометрів для більшості застосувань у реальному часі.
PPP як метод доповнення
Високоточна служба Galileo використовує метод доповнення, який називається точним позиціонуванням точки (PPP), яка існує вже кілька десятиліть, але за останній час набуває все більшого значення. У PPP, як і в інших методах доповнень, таких як ГНСС з кодово-фазовою різницею (наприклад, SBAS) і ГНСС з фазовою різницею несучої (наприклад, RTK), необхідна мінімальна кількість поправок від базової станції. Однак, замість того, щоб надавати або обчислювати поправки до діапазонів(код або фаза), PPP використовує інший підхід. У PPP базові станції функціонують як станції моніторингу, обчислюючи високоточні ефемериди в режимі, близькому до реального часу. Саме ці високоточні ефемериди, а не прогнозовані ефемериди, отримані від супутників(в реальному часі), потім передаються на приймач користувача і застосовуються ним.
На додаток до більш точної інформації про орбіту і годинник, цей метод використовує точні моделі похибок для визначення тропосферних варіацій. Нарешті, алгоритм використовує як сигнали дальності, так і спостереження фази несучої, щоб підвищити точність визначення свого місцезнаходження. Маючи цю інформацію, приймач обчислює не лише координати приймача, але й тропосферну затримку та фазові невизначеності, подібно до RTK. В результаті загальне горизонтальне і вертикальне положення визначається з точністю приблизно до дециметра. На основі власної нещодавньої оцінки сигналів PPP, проведеної автором, цей метод приблизно в два-три рази менш точний, ніж RTK за аналогічних обставин. Найбільшим недоліком PPP є тривалий час обчислень, необхідний для досягнення бажаної точності, з часом сходження до півгодини в залежності від ситуації.
Недолік комерційного PPP
Ефемериди, необхідні для PPP, або завантажуються з глобальної мережі (зазвичай з подальшою обробкою), або транслюються з супутників зв’язку. Що стосується глобальних застосувань у реальному часі, то досі були доступні лише комерційні сигнали (за винятком сигналу QZSS над Азією). Кілька серверів надають безкоштовні дані, але вони використовуються для пост-обробки або додатків, що працюють у режимі близькому до реального часу. Великим недоліком комерційного PPP досі була прив’язка до постачальника, оскільки кожен постачальник доповнення використовує свій власний формат корекції, а виробники приймачів, як правило, ефективно підтримують лише один-два формати.
Чим Galileo HAS відрізняється від інших послуг PPP?
Galileo HAS працює в основному як будь-яка комерційна послуга PPP, але з деякими суттєвими відмінностями.
Перша полягає в тому, що сигнал доступний у вільному доступі через Інтернет або безпосередньо через супутник Galileo E6-B. Це означає, що якщо один або кілька супутників Galileo знаходяться в зоні видимості і користувач має відповідний приймач, сигнали можуть бути отримані без необхідності додаткової (платної) ліцензії або спеціального приймача сигналу. Оскільки поправки передаються з супутника Galileo, а не з геостаціонарного супутника зв’язку, їх набагато легше приймати в таких місцях, як міські каньйони. На жаль, схоже, що поки що лише обмежена кількість приймачів реалізували Galileo HAS. Сподіваємось, що тепер, коли Galileo HAS оголошено готовим до випробувань, ситуація має покращитись, з реалістичною перспективою повної операційної спроможності в найближчому майбутньому.
Окрім інформації Galileo, Galileo HAS також передає інформацію для GPS. На жаль, хоча це й не дивно, Глонасс і Бейдоу недоступні, що зводить будь-який багатосупутниковий приймач до приймача з двома сузір’ями. З точки зору користувача, це є недоліком, оскільки супутники Beidou мають сильну присутність над Азією. Послуга також офіційно недоступна на більшій частині території Азії та Тихоокеанського регіону (90°E-125°W from 60°S-60°N). Хоча ЄС прямо не заявляє про це, територія, де немає офіційного сервісу (хоча поправки все ще можна отримувати), збігається з зоною обслуговування QZSS, яка надає власний, ще більш точний сервіс RTK/PPP, що має Centimeter Level Accuracy Service (CLAS).
У той час як багато рішень PPP потребують щонайменше 15 хвилин для ініціалізації, Galileo HAS стверджує, що типовий час ініціалізації становить менше 300 секунд для рівня обслуговування 1. На рівні 2 цей час зменшується до 100 секунд. Перші результати показують, що поточний час збіжності до точності “рівня обслуговування” дійсно становить близько 300 секунд для рішень, що використовують лише Galileo та комбіновані рішення Galileo/GPS. У перших тестах лише GPS-рішень час ініціалізації збільшився приблизно до півгодини, причому результати погіршилися для рухомих GNSS-приймачів.
Як щодо точності?
Точність для обох рівнів точності заявлена як менше 20 см по горизонталі і менше 40 см по вертикалі (рівень точності 95%). Однак, давайте звернемо увагу на “слона в кімнаті” Galileo HAS: заявлена точність є прийнятною для горизонтальної точності, але недостатньо точною по вертикалі для більшості заявлених застосувань на ринку геопросторових даних. Більше того, ці точності ще не повністю реалізовані. Перші результати з використанням сузір’їв GPS і Galileo показують точність менше 30 см по горизонталі і менше ніж 40 см по вертикалі (95% рівень точності), з поточною доступністю понад 90% (яка має зрости до 99% після повного введення системи в експлуатацію).
Початкові випробування показують, що Galileo HAS може досягти набагато кращої точності, якщо врахувати час “збіжності” близько півгодини і використовувати поправки як GPS, так і Galileo. На практиці це дозволило досягти точності по вертикалі від 10 до 20 см (рівень точності 95%). Для порівняння, Fugro Marinestar G2+, комерційне рішення РРР, що використовує поправки GPS і Глонасс, досягло точності по вертикалі від 3 см до 10 см (95% рівень точності), при середньорічному глобальному показнику близько 6 см.
Якщо припустити, що з комерційно-політичної точки зору ЄС має намір залишатися відносно близьким до заявленої точності, а не до досяжної, то навряд чи Galileo HAS буде широко використовуватися для прибережних і внутрішніх гідрографічних зйомок і (вертикального) позиціювання дронів за призначенням. Для гідрографічної зйомки і позиціонування дронів пропоновані рівні сервісу не є достатньо високими, тому будуть продовжувати використовуватись RTK або комерційні рішення PPP. У будівництві та точному сільському господарстві точність є достатньою лише для певних застосувань.
Завдяки горизонтальній точності, яка набагато більше відповідає досяжній точності РРР, Galileo HAS має майбутнє в деяких ГІС/картографічних додатках як заміна SBAS, забезпечуючи вищу точність і кращий сигнал у таких “заборонених” зонах, як міські каньйони. Крім того, система може бути корисною для країн, що розвиваються, при проведенні кадастрових зйомок і для поліпшення горизонтальної навігації дронів. Крім того, вона може бути корисною в офшорному будівництві та динамічному позиціонуванні, за умови, що оператори готові взяти на себе ризик “вільного” сигналу без додаткових гарантій. Однак основне застосування Galileo HAS, ймовірно, буде в автономному водінні, де вона забезпечить набагато точніше позиціонування і – що ще важливіше – стабільніший сигнал корекції. Це сприятиме більш точній навігації автономних транспортних засобів на глобальному рівні.
Джерело: 