GPS y Proyecto Galileo (David Benarroch y Diego de Soto)

El GPS (Global Positioning System) es un sistema de navegación por sattélite que nos permite de una manera muy precisa determinar en cualquier lugar del mundo la posición de objetos, personas o vehiculos, con una precisión hasta de centímetros (siempre que se utilize el GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue creado y desarrollado, instalado y actualmente esta operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América.

http://www.youtube.com/watch?v=dsyDdgxrYDw



Es el primer sistema de posicionamiento y navegación por satélite especialmente diseñado para aplicaciones civiles, con ucisión y fiabilidad superior a la del GPS americano.
Galileo es vital para el futuro de las industrias de altna prea tecnología de Europa. Generará grandes mercados, y es básico para que Europa disponga de un sistema de posicionamiento por satélite independiente del actual GPS. Además las futuras necesidades de la aviación requieren una cobertura global que el GPS no puede cubrir. El último acuerdo con EE.UU. posibilita la interoperabilidad del Galileo con el GPS. Se logra así una Norma Mundial de señales abiertas en el mercado GNSS(Global Navigation Satellite System).

El Programa Galileo ya está en marcha. El coste de su desarrollo y despliegue suma 3400 millones de euros.El Sistema creará más de 100.000 nuevos puestos de trabajo, que en estos momentos no viene nada mal, y un mercado de equipos y servicios, que se pueden evaluar en 200.000 millones de euros en el año 2013.
El Proyecto Galileo consta de 30 satélites,divididos en tres planos orbitales,a una altitud de 23222 kms,para ofrecer cobertura a toda la superficie terrestre.La constelación de 30 satélites está controlada y vigilada por una red de estaciones en el suelo.

En la actualidad hay dos redes terrestres:la americana del GPS y el sistema Glonass ruso. Ambas redes se diseñaron durante la guerra fría, para satisfacer necesidades militares, aunque posteriormente se han abierto a las necesidades civiles, es decir, los sistemas GPS de navegación que hoy conocemos no se crearon para el fin para el que lo usamos hoy en dia, por ello, el mando militar puede silenciar los satélites y anular su servicio civil, sin previo aviso. Esto, para nosotros los civiles es un dependencia y por ello vulnerabilidad del sistema que es inaceptable. Habituados al uso de GPS como algo normal e imprescindible para muchos, nunca hubieramos pensado que alguien manda sobre ellos y que pueden decidir quitarlos de la circulación cuando quieran. Aquí es donde entra Galileo ofreciendo una fiabilidad desconocida hasta ahora.

El único inconveniente es que GPS y Glonass son gratis y los servicios de alta precisión de Galileo los paga el usuario, aunque Galileo también ofrece gratis el Open Service,con una precisión reducida.

La Unión Europea decidió junto con ESA(Agencia Espacial Europea)lanzar el Proyecto Galileo con la intención de ofrecer al usuario no solo una fiabilidad total, propia de un servicio civil, sino una precisión a la que el GPS no puede acceder: garantizar una precisión de posicionamiento inferior al metro. Pensemos en la entrada de un buque en un puerto sin visibilidad,o guiar un vehículo por dentro de un aparcamiento, el mínimo fallo de precisión en estos casos podria suponer daños.

Otra ventaja del Galileo es la emisión de mensajes al usuario, sin retrasos,sobre posibles errores. La precisión del sistema siempre está amenazada por muchos factores, como la ionosfera y la troposfera.En los países del norte de Europa los satélites,igual del GPS que los del Galileo, tienen un ángulo de elevación sobre el horizonte, de pocos grados, la distancia satélite-receptor es larga, factores que nada favorecen a la precisión.

Se ha logrado un acuerdo de interoperabilidad con el GPS,lo cual aumenta el número de satélites a la vista del receptor terrestre,y por tanto la precisión.

La navegación por satélite y la medición del Tiempo.
La navegación por satélite consigue el posicionamiento del receptor terrestre midiendo las distancias de como mínimo tres satélites de la constelación Galileo. La distancia a un satélite define una esfera de posibles soluciones. Combinando 3 esferas se define un área común única, que contiene la posición desconocida. La precisión de las mediciones de distancia determina la pequeñez del área común. En la práctica un receptor capta señales de tiempo de los satélites,y las convierte en respectivas distancias. La precisión de las medidas de tiempo depende de la estabilidad del reloj a bordo del satélite. Solamente los relojes atómicos garantizan una precisión elevada,del orden de nanosegundos y la necesaria estabilidad,del orden de de 1-10 nanosegundos por día.

Estos relojes atómicos son el componente más importante a bordo de los satélites Galileo,y contribuyen a definir el Tiempo Standard Internacional. La precisión de la medida del tiempo que emplea una señal de radio en recorrer la distancia satélite-receptor terrestre mejora si incluimos la señal de un 4ºsatélite.Se impone pues el requisito práctico de que haya 4 satélites sobre el horizonte, en donde se halla el receptor.

Los mercados de aplicaciones
La transmisión de información por satélite es un hecho de cada día en telefonía,TV,redes de ordenadores,Internet,en marina y aviación y en muchas otras áreas. El abanico de aplicaciones que se abren al sistema Galileo son muy variadas,y permiten que el sistema sea económicamente viable. Se prevé que para 2020 utilizarán el Galileo 120.000 aeronaves, incluidos los helicópteros.
Pero el valor de Galileo no se limita a la economía y a las empresas. Será un instrumento muy valioso para los servicios de emergencias: bomberos, policia, ambulancias, rescate en la montaña y el mar, los cuales podrán responder al peligro con más rapidez que en la actualidad. En el campo de la Sanidad pensemos en las personas en paradero desconocido, que en adelante podrán pedir auxilio e indicar en donde se encuentran.Existe un receptor Galileo, barato y de fácil uso para esos pacientes.
Hay otros sectores, como el urbanismo, los sistemas de información geográfica, obras públicas, agricultura y la protección del Medio Ambiente, que también se beneficiarán.
Las previsiones de aplicaciones son enormes.Como ocurrió con el ordenador personal hace 20 años e Internet hace 10, probablemente ahora solo vemos la punta del iceberg.

El sistema ofrece varios niveles de servicio:
- El nivel básico,gratis,para servicios de consumo y de interés general, que no requieren gran precisión en el posicionamiento.
- El nivel de acceso restringido,para profesionales y empresas, que necesitan un mayor nivel, para generar el valor añadido. Aquí Galileo exige peaje, una condición necesaria para el mantenimiento de la economía del sistema.

Las empresas de transportes
El servicio GPS ocupa todo el campo del transporte:aviación, marina, carretera, ferrocarril y peatones. Cada tipo de usuario tiene sus características, pero Galileo esta diseñado para poder satisfacerlas.

Aviación: Para el campo de la aviación civil, Galileo sirve para usar todas las fases de vuelo:despegue, en el vuelo, aproximación, aterrizaje........

Navegación: por sus caracteristicas Galileo es el mejor en las maniobras de atraque.

Tráfico de carretera: es esencial para administrar las flotas de taxis y de camiones.

Tráfico ferroviario: es necesario para poder conocer la localización de cada convoy. Con este sistema se pueden evitar muchos accidentes.

Mientras esperamos a Galileo, en el 2008,la Unión Europea ha creado EGNOS,una red de estaciones terrestres para Europa y el Mediterráneo, apoyada en la constelación de GPS,que ofrece el sistema de avisos, para las necesidades del transporte.

*

Los satelites orbitan a una altitud de 23222 kms

Los segmentos espacio y terrestre

El núcleo del sistema Galileo es la constelación de 30 satélites en órbita terrestre media,en 3 planos inclinados 56ºrespecto del plano ecuatorial a unos 23222 kms de altitud.Cada plano dispone de un satélite durmiente, dispuesto a ofrecer cobertura en cuanto sea produzca el fallo de alguno.Empleamos tecnología ya experimentada.Cada satélite rotará sobre su eje apuntando a la Tierra ,y sus paneles solares también rotarán hacia el sol,para lograr una potencia pico de 1600W.El peso del satélite en el momento del lanzamiento será de 700 kgr.

Cuando la constelación está ya funcionando,se lanzarán más satélites para suplir los averiados.El programa prevé que un solo lanzador coloque en órbita hasta 6 satélites en órbita de altitud media.

Una red de estaciones terrestres controlará a los satélites y sus señales de navegación. Esta información la enviarán a dos Centros de Europa para ser procesada.Allí un software sofisticado determinará las órbitas de los satélites,y el error de sincronización del tiempo en los relojes atómicos a bordo de los satélites,respecto de las señales de tiempo de los relojes en las estaciones de Tierra.

Los usuarios recibirán cada dos horas la información sobre órbitas y señales de tiempo, procesadas por los centros terrestres de control.Esta información sirve al usuario en sus algoritmos de cálculo de posición.

En el caso de alarma por mal funcionamiento de las señales de tiempo, Galileo alertará a los usuarios con un retraso de solo 6-10 segundos.

* * Precision media en el plazo horizontal, conseguida con la constelación GPS, Precision media conseguida en el plano horizontal con el uso conjunto de GPS, EGNOS y Galileo. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) es una mejora introducida por ES, UE y Eurocontrol en 2005 para el area de Europa y el Mediterráneo, que se integrara en el Proyecto Galileo.

Las frecuencias y diseño de señales

Galileo transmite 10 señales:6 sirven para el Servicio Abierto y el Safety-of-Life.Dos son para el servicio comercial,y dos son para el servicio a las Autoridades.

Las señales de navegación consisten en códigos y mensajes.

En la plataforma del satélite los dos relojes son lo más importante.Para medir distancias con estas señales,el error es del orden de 30 cms.El reloj atómico de rubidio pesa 3.3 Kgr,y es muy usado en las redes de telecomunicación.El reloj oscila en frecuencias ópticas de bombeo por láser,con impulsos de microondas a 6.2 GHz .

El otro reloj es el más avanzado:Passive Hydrogen Máser, desarrollado en 2001.Es mayor que el reloj de rubidio,y pesa 18 Kgr.Se ha logrado un modelo compacto, para ser instalado en el satélite.Este reloj oscila a 1.4 GHz.La estabilidad de este reloj es tal que solo habrá que intervenir una vez por órbita(unas 14 horas).