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GALILEO, LA SIGUIENTE GENERACIÓN
DE LOS SISTEMAS DE LOCALIZACIÓN POR SATÉLITE
Evelio Martínez Martínez,
Revista RED, Abril 2001
Introducción
Actualmente existen 2 sistemas de localización por satélite,
GPS (Estados Unidos) y GLONASS (Rusia). Ambos sistemas tienen
un común denominador, fueron concebidos inicialmente para
fines militares, aunque en la actualidad son utilizados también
para usos civiles. Estos dos sistemas proveen actualmente
la posición [altitud, longitud, elevación y tiempo exacto]
a millones de usuarios alrededor del mundo a través de las
señales que emiten sus satélites y el cálculo de coordenadas
desde tierra a través de receptores provistos con relojes
muy precisos. Otra de las características similares de estos
dos sistemas es que ambos emplean cada uno 24 satélites ubicados
en una órbita media de alrededor de 20,000 Kms. Pero a pesar
de ello, ambos sistemas son incompatibles e interoperables
entre sí. Aunque GPS y GLONASS ofrecen sus señales a usuarios
civiles, su operación sigue estando bajo el control militar.
Ambos sistemas tienen las siguientes desventajas:
No hay garantia o cobertura de fiabilidad proveída por sus
operadores (e.g. accidentes aereos)
La fiabilidad es incierta en regiones de altas latitudes
del norte de Europa
La precisión es moderada para aplicaciones que requieren
una rápida determinación de la posición
A los usuarios no se les informa
inmediatamente de los errores que ocurren en el sistema
La localización por satélite está teniendo
un gran auge hoy en día, y el sistema de Estados Unidos,
GPS, ha sido el más utilizado, en gran medida porque los
principales fabricantes de receptores operan exclusivamente
con las frecuencias del sistema estadounidense. Hablar de
localización por satélite es hablar de GPS, pero hay que
tener en cuenta que GPS es tan sólo uno de los sistemas
de localización por satélite que existen en la actualidad.
El propósito de este artículo es hablar sobre un nuevo sistema
de localización por satélite de origen europeo, denominado
Galileo. Este proyecto fue concebido en 1999, y se pronostica
que en el 2008 estará en servicio y que será complemento
a los otros sistemas de localización por satélites existentes.
El proyecto Galileo
Galileo es un sistema de localización por satélite propuesto
por la Unión Europea con apoyo de la Agencia Espacial Europea
y un grupo de inversionistas privados. El proyecto Galileo,
diseñado desde su concepción para usos civiles, tiene un
costo total aproximado de $ 3 billones de Euros y se esperá
que esté en operación en el 2008. Galileo es un sistema
global independiente de GPS, pero totalmente compatible
y interoperable con él. Por compatible e interoperable se
entiende que un receptor Galileo podrá explotar simultáneamente
las señales recibidas de los satélites Galileo y GPS.
Los satélites Galileo, con un peso total aproximado de 600
Kg. con una carga útil aproximada de 110 Kg. y un consumo
de potencia de 1.7 kW., serán capaces de entregar la señal
hacia la tierra con más potencia que la señal del sistema
GPS, lo cual permite que la señal de Galileo sea menos interferible.
El gran reto del sistema Galileo será la sincronización
entre los satélites y las terminales en tierra. Galileo
empleará relojes atómicos de cesio en tierra, en contraste
con GPS que utiliza estos relojes en sus satélites. Los
satélites de Galileo estarán equipados con relojes de rubidio,
que permiten precisiones en el orden de nanosegundos. El
cálculo orbital será llevado a cabo en tierra.
El diseño del sistema
La propuesta para Galileo está basada en una constelación
de satélites de órbita media (MEO, Medium Earth Orbit) y
satélites geoestacionarios (GEO, Geosynchronous Earth Orbit)
combinados con la apropiada infraestructura terrestre y
sistemas de soporte. El segmento espacial incluye la constelación
de satélites que proveen las señales a los usuarios. El
segmento terrestre consiste de las estaciones de telemetría
y control requeridas para los subir y recibir datos de los
satélites Galileo; por otra parte, el centro de control
de satélites es responsable de monitorear y controlar cada
uno de los satélites.
El segmento misión comprende las diversas aplicaciones y
sistemas necesarios para administrar y controlar el sistema.
El segmento misión abarca el MCC (Mission Control Centres),
el ICC (Integrity Control Centres), el OSS (Orbitography
and Synchronisation Stations y el RIMS (Ranging and Integrity
Monitoring Stations).
El MCC desempeña las siguientes tareas: generar todos los
parámetros de referencia a ser usados por el sistema (tiempo,
parámetros de sincronización, calendarización), monitoreo,
validar y controlar las otras partes del segmento; archivar
datos; evaluar y monitorear el desempeño del sistema; administrar
el sistema de navegación de Galileo.
Más allá del MCC, el ICC monitorea y valida el desempeño
de las señales de los satélites Galileo en el espacio, usando
datos de las estaciones de control y medición (tales como
el RIMS y OSS). El OSS forma una red global de estaciones
que proveen datos que permiten computación a bordo de ephemeris
(posiciones orbitales de los satélites) y parámetros para
sincronizar los relojes de los satélites Galileos con el
tiempo de Galileo. Los RIMS son estaciones remotas que actúan
como sitios de colección de datos de la señal en el espacio.
El segmento del usuario comprende los diferentes tipos de
receptores encargados de procesar las señales de los satélites
Galileo y de otros sistemas como el EGNOS (European Geostationary
Navigation Overlay Service), GPS y GLONASS.
Diagrama esquemático del Sistema Galileo
Servicios
El sistema Galileo tiene tres componentes que representan
tres niveles de desempeño:
- Global: ofreciendo cobertura mundial
- Regional: típicamente ofreciendo cobertura europea
- Local: típicamente para aeropuertos o cobertura urbana
Además, tres tipos de servicios son definidos:
- Servicio con acceso abierto: servicio básico gratuito
y abierto para todo el público.
- Servicio con acceso controlado de nivel 1 (SAC 1): servicio
con pago de tarifa con acceso controlado para aplicaciones
comerciales y aplicaciones profesionales que necesitan
niveles de desempeño superior y una garantia de servicio.
- Servicio con acceso controlado de nivel 2 (SAC 2): servicio
con pago de tarifa con acceso controlado para aplicaciones
de alta seguridad las cuales no deberán sufrir cualquier
interrupción o distorsión por razones de seguridad.
La precisión será menor a 10 metros para
los tres tipos de servicios. El servicio SCA 2 cumple con
los criterios de aterrizaje impuestos por la aeronáutica
civil, esto es, una precisión de 4 metros vertical y 16
metros horizontal con un 99% de disponibilidad.
| Requerimientos preliminares
de la señal de Galileo en el espacio |
| Precisión posicional [95%] |
± 4.0 metros [horizontal]
± 7.7 metros [vertical] |
| Precisión en el tiempo [95%] |
30 nanosegundos |
| Riesgo de integridad |
2x10-7 por 150 segundos |
| Tiempo para alarma |
6 segundos |
| Limite de alarma horizontal, vertical |
10-20 metros
[12 metros recomendadas] |
| Disponibilidad |
0.9 - 0.997 |
| Riesgo de continuidad |
8x10-6 por 15 segundos |
| Cobertura |
Global |
Planes de frecuencia
Durante los meses de mayo y junio del 2000 se llevó a cabo
en Estambul, Turquía la reunión de la WRC (World Radiocommunication
Conference) - organismo que se encarga de la asignación de
frecuencias de radio. Después de un mes de debates y tomas
de decisiones se dio una respuesta final. Esta decisión permite
la asignación de espectro suficiente tanto para el sistema
estadounidense (GPS) como para el sistema europeo (Galileo),
lo cual permite a ambas entidades establecer su sistema global
de navegación por satélite (GNSS, Global Navigation Satellite
System).
La WRC agregó 51 MHz al final de una de las bandas para RNSS
(Radionavegation Satellite Services), incrementándose de 1,215-1,260
MHz a 1,164 -1,260 MHz. Esta nueva banda tiene suficiente
espacio para acomodar 24 MHz para la señal L5 de GPS, con
frecuencia central en 1176.45 MHz; y 24 MHz para la señal
E5 de Galileo, señal con frecuencia central en 1202.025 MHz.
Los 3 MHz restantes, serán utilizados como bandas de guarda
alrededor de estas bandas. Además la WRC abrió las bandas
de 1,300-1,350 MHz y 5,000-5,010 MHz para las RNSS de subida
(tierra al satélite) y la banda de 5,010-5,030 MHz para los
enlaces de bajada (satélite a tierra), así como la banda de
E6 para Galileo que comprende de 1,260-1,300 MHz.
Aspectos internacionales
El proyecto Galileo empezó a definirse en junio de 1999 para
terminarse esa fase a finales del 2000. Una decisión con relación
a la implementación será hecha a principios del 2001. En caso
de que la decisión sea positiva, Galileo será desarrollado
e implementado a partir del año 2001 hasta el 2008. Una prueba
inicial de la constelación para validar las suposiciones de
diseño y obtener la necesaria experiencia para las operaciones
se hará a finales del 2003. Del 2005 en adelante, toda la
constelación ya estará en órbita para su completa operación
y puesta en marcha en el año 2008.
El costo del sistema esta directamente relacionado con el
número de satélites involucrados en la constelación. Existen
dos versiones preliminares que han sido propuestas: 21 satélites
MEO con 3 satélites GEO [2.2 billones de Euros] o 36 MEO con
9 GEO [2.9 billones de Euros].
La compatibilidad e interoperatibilidad con los otros sistemas
La compatibilidad en radiofrecuencias es esencial para hacer
que los sistemas actuales, GPS, GLONASS y Galileo sean interoperables
y compatibles entre sí. Las recientes asignaciones de frecuencias
por la WRC hacen posible esto. Las transmisiones de Galileo
no deberán crear interferencia que de alguna manera degrade
el desempeño de los receptores de GPS y viceversa. Será vital
la coordinación de frecuencias y niveles de potencia transmitida
para la coexistencia de los tres sistemas. Esto hace presuponer
que los fabricantes producirán receptores de modo dual (o
modo triple) capaces de tomar en cuenta la diferencia en el
"tiempo del sistema" entre GPS y Galileo, y operar con referencias
geodésicas compatibles.
Aplicaciones
Galileo revolucionará la administración del tráfico aéreo,
mejorará la calidad y seguridad de este medio de transporte
en regiones del mundo donde los sistemas existentes son inadecuados,
incrementará la precisión y control permitiendo la optimización
del uso del espacio aéreo. Esto ayudará en gran medida a los
retardos en los vuelos. Además, los conductores de camiones
y autos podrán evitar congestionamientos de tráfico al reducir
sus tiempos de viaje entre 15 y 25%, así como también se reducirá
el consumo de combustible y emisión de contaminantes.
Los servicios de emergencia llegaran más rápidamente a la
escena para proveer asistencia a la gente en peligro. Las
compañías de transporte serán capaces de monitorear la posición
de sus vehículos o contenedores y la lucha contra el crimen
será más efectiva al localizar más rápida y eficientemente
los vehículos robados. La lista de aplicaciones potenciales
crecerá día a día.
Aunque el proyecto Galileo está aún en sus fases iniciales,
se esperan grandes beneficios para los usuarios cuando éste
proyecto esté concluido en el 2008. Galileo será otra opción
para la determinación de la posición que en conjunto con los
otros sistemas GPS y GLONASS brindarán una gama de nuevos
servicios y aplicaciones.
Referencias:
http://www.galileosworld.com/
http://www.gpstoday.com/
http://www.alcatel.com/
El autor es consultor de la Fundación
TELEDDES y se le puede contactar en evelio@teleddes.org
La evolución de GPS
Desde su propuesta y puesta en marcha en los años 70s
del sistema de localización por satélite [determinación
de la posición] estadounidense mejor conocido por sus
siglas GPS [Global Positioning System] ha tenido grandes
cambios. Primeramente fue concebido únicamente para
fines militares. El Departamento de Defensa (DoD) propuso
un sistema de localización y navegación por satélite
para localizar y rastrear de manera precisa todos sus
puntos de interés como embarcaciones, aviones, convoys
militares, etc. A raíz de lo ocurrido en las costas
de Asia por la destrucción de un avión de pasajeros
del vuelo 007 de las aerolíneas coreanas por parte de
la armada rusa, donde estos admiten que esta aeronave
violó su espacio aéreo. Ante este lamentable hecho,
el presidente estadounidense de esa época Ronald Reagan,
decide abrir las señales del sistema GPS a la población
civil. Con esto los sistemas de navegación de las líneas
aéreas comerciales fueron optimizados para ofrecer una
mejor precisión.
A partir de entonces todos los usuarios alrededor del
mundo se beneficiaron al recibir las señales de GPS
sin costo alguno, nacen a partir de este evento nuevos
receptores y muchas aplicaciones en este ámbito. El
DoD y los sistemas GPS desde entonces mandarían dos
tipos de señales: para uso militar y para uso civil.
Las señales para uso militar están encriptadas y solo
pueden ser recibidas por receptores GPS de tipo militar
que decodifican y desencriptan estas señales. Estas
señales proveen una precisión aceptable de metros e
inclusive centímetros. Por otro lado las señales de
tipo civil estarían abiertas, es decir no estarían encriptadas
y se pueden captar con un receptor GPS a las frecuencias
especificadas por el sistema. El DoD decide entonces
enviar estas señales de uso civil con cierto ruido inducido,
de alguna manera para protegerse y no darle armas al
enemigo. Estas señales con ruido inducido se obtienen
precisiones de decenas y hasta un par de centenas de
metros.
El hecho más reciente ocurrió el primero de mayo del
2000 cuando el presidente estadounidense Bill Clinton
decide quitar el ruido inducido a las señales, permitiendo
que en las aplicaciones civiles se incrementará la precisión
considerablemente. Para protegerse el DoD no radia estas
señales a ciertos países que él considera su enemigo.
Para casos de misión crítica como la aeronáutica, este
hecho permite que sus sistemas de navegación sean aún
más precisos elevando considerablemente la seguridad
en el aterrizaje y determinación constante de la posición
de las aeronaves.
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