Utvikling av robust og nøyaktig satellittposisjonering på skip

Transkript

1 Utvikling av robust og nøyaktig satellittposisjonering på skip Norvald Kjerstad Professor, Nautical Science Norwegian University of Science and Technology Tlf Himmel og hav Bruk av satellitter innen maritim sektor 3. Oktober 2017, Ålesund

2 Introduksjon til satellittnavigasjon (GNSS) Fra Sputnik-1 til Galileo et evig kappløp 1957 Masse: 83kg Høyde: km Omløpstid: 96min Inklinasjon: 65 Levetid: 21dager Historikk Grunnprinsipp Operative systemer Sårbarhet og nøyaktighet Støttesystemer og tjenester Fremtid 2017 Masse: 700kg Høyde: 23,222km Omløpstid: 14t 07min Inklinasjon: 56 Levetid: > 12år

3 Først: Posisjonsberegning basert på Dopplermåling av konstant bærebølge (radiosignal) fra en satellitt USA beregnet bane til Sputnik fra kjent posisjon på jorden 1964: Transit operasjonelt. benyttet samme metode for å beregne ukjent posisjon på jorden ved at banen var kjent. 1967, sivil tilgang. Krevder kun 1 sat. for fix Sovjet utvikler Tsikada (1974) Iridium

4 Dagens GNSS systemer benytter tidsmåling basert på tiden det tar å overføre en digital kode (PRN-kode) fra flere satellitter samtidig Sat.1 Virkelig avstand PR 2 Sat.2 PR 1 Feil i tidsmålingen (tilnærmet lik på alle satellittene) Minimum 3 satellitter for å få et «fix». Kan da kansellere klokkefeil i mottager (PR = Pseudo-range) PR 3 Sat.3 Husk: 1µs feil tilsvarer 300m på «sirkulær» stedlinje

5 Krever dessuten omfattende infrastruktur Monitorering og kontroll på bakken Her er jeg! Klokken er! Husk: Skal vi finne posisjon på meteren må vi kjenne sat. posisjon med tilsvarende nøyaktighet

6 Flere systemer noe forskjellige banetyper. Design for kontinuerlig global (og regional) dekning GPS, GLONASS, Galileo (MEO) BeiDou (MEO, GEO og GSO) QZSS (GSO) IRNSS/GAGAN (GEO og GSO)

7 269 omkomne USAs president Ronald Reagan fordømte nedskytningen og kalte den en barbarisk og umenneskelig, brutal handling Etter hendelsen utstedte president Ronald Reagen et direktiv om at GPS i fremtiden skulle gjøres fritt tilgjengelig for sivile brukere når det var ferdig utviklet.

8 Etter 22 års utvikling kunne man i 1995 erklære NAVSTAR GPS operativt med full konstellasjon av 24 satellitter. Transit legges ned i 1997 I 2000 slåes sivile begrensninger av (SA) Eventyrlig utvikling av mottager- og ytelse Nye systemer tar opp konkurransen TI over 1Mill. NOK 2017 ca. 10 NOK

9 1980 Gyro Log Navigasjonshjelpemidler Har vi redundans / back.up? VDR Auto pilot Decca Loran-C 2017 GMDSS SatNav AIS Omega Peiler GPS / GNSS Pos. Heading Fart Tid Radar DP Astro Kronometer Papir kart Elektronisk kart

10 GPS og satellittnavigasjon har gjort jobben i over 30 år!! Pålitelig og global Nøyaktig Kosteffektivt Bidratt til utvikling og innovasjon Noen som vil tilbake til 1980? GNSS kompass eneste som virker på høye bredder. Krav i Polar Koden

11 Fremtiden vil handle mest om Robusthet (tilgjengelighet), bl.a. for å motstå jamming og narring (spoofing). Timing svært kritisk. «Ytelsepyramide» Tilgjengelighet Kontinuitet Integritet Nøyaktighet Augmentering / Diff. Teknikk Nøyaktigheten vil forbedres mot 3 5cm world wide som standard tjeneste

12 eloran? Global løsning (sterke drivere) Løsning for robust fremtid Avanserte filtre og SW Integrasjon med MEMS/ TNS CRPA-antenner Bedre klokker i mottager (CSAC) Multikonstellasjon og multifrekvens Iridium (kraftig signal) som støttesystem Strammere krav (IMO, etc), bl.a. til innendørs ytelse Lokal løsning? (svake drivere) Utfordring: Jamming, spoofing, solstormer, etc

13 Kan vi navigere sikkert uten GNSS?? Ja, men ikke så effektivt. Takk for oppmerksomheten Radar & Racon Gyro, Logg og ekkolodd (og TNS) 20,000 AtoN i Norge