Pozycjonowanie Galileo już teraz 2-3 razy dokładniejsze niż GPS

Osiągnięcie pełnej funkcjonalności systemu Galileo skłoniło badaczy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu do przeprowadzenia testów pozycjonowania precyzyjnego z zastosowaniem tylko tego systemu. Badania przeprowadzono wykorzystując dane z 20 stacji referencyjnych rozmieszczonych równomiernie na wszystkich kontynentach oraz wyposażonych w różne typy anten oraz odbiorników (przy czym wszystkie odbiorniki śledzą zarówno sygnał GPS, jak i Galileo).

Mimo że system Galileo jeszcze oficjalnie nie osiągnął pełnej operacyjności, to już można mówić o pełnej funkcjonalności systemu. Od końca 2018 r. system Galileo składa się z 22 w pełni funkcjonalnych satelitów, 2 satelitów na orbitach silnie mimośrodowych oraz 2 satelitów czasowo wyłączonych z użytkowania. Przy kącie odcięcia horyzontu na poziomie 5° w każdym miejscu na Ziemi można rejestrować sygnał od średnio 9 satelitów Galileo (oraz 11 GPS), a liczba widocznych satelitów Galileo nigdy nie spada poniżej 5 (czyli tyle samo co dla systemu GPS).

Badania IGiG wykazały, że w pozycjonowaniu absolutnym opartym o depeszę nawigacyjną (tj. bez wykorzystania stacji referencyjnej oraz bez poprawek transmitowanych przez internet) oraz po wykorzystaniu obserwacji kodowych i fazowych na dwóch częstotliwościach, dokładność pozycjonowania statycznego w poziomie wynosi 6,7 cm dla systemu Galileo oraz 19,7 cm dla systemu GPS. Średnia dokładność składowej wysokościowej dla wszystkich 20 stacji testowych wyniosła dla systemu Galileo 9,8 cm, a dla systemu GPS 18,8 cm. Oznacza to, że mimo mniejszej liczby satelitów, system Galileo już teraz wyprzedził dokładnościowo system GPS, przy czym dokładność pozioma jest 3 razy, a wysokościowa 2 razy lepsza w systemie Galileo niż w GPS.
Dzieje się tak dlatego, że depesza nawigacyjna systemu Galileo jest bardzo często aktualizowana, dzięki czemu dokładność pokładowej orbity oraz poprawki zegara przekładają się na trzykrotnie mniejszy błąd SISRE (Signal-in-Space Range Error) niż ma to miejsce w systemie GPS. Ponadto wszystkie zegary atomowe na pokładzie satelitów Galileo to masery wodorowe wspieranie zegarami rubidowymi, które zapewniają zarówno najwyższą stabilność częstotliwości, jak i czasu w dłuższych okresach. Tylko około 1/3 systemu GPS posiada zegary podobnej klasy.

Wyniki badań pokazują, że z wykorzystaniem precyzyjnego odbiornika dwuczęstotliwościowego Galileo można uzyskać dokładności lepsze niż 10 cm w pozycjonowaniu statycznym autonomicznym, tj. bez konieczności wykorzystania stacji referencyjnej, bądź jakichkolwiek dodatkowych poprawek – wystarczy dokładna depesza nawigacyjna transmitowana standardowo przez satelity Galileo. Tym samym Galileo jest pierwszym systemem satelitarnym pozwalającym na uzyskanie dokładności lepszej niż 10 cm z wykorzystaniem tylko 1 odbiornika oraz bez poprawiania orbit i zegarów. Rozwój systemu Galileo może zatem spowodować, że gęsta sieć stacji referencyjnych dla celów geodezyjnych w niedalekiej przyszłości straci rację bytu.

Wykorzystanie produktów zegarów i orbit typu „MGEX final”, które są dostępne po około tygodniu, poprawia pozycjonowanie statyczne do poziomu 4,0 cm w systemie Galileo oraz 1,3 cm w systemie GPS (zarówno dla składowej poziomej, jak i wysokościowej). Tym razem Galileo wypada gorzej, ponieważ jakość produktów orbitalnych typu „final”, modele orbit oraz offsety i kalibracje zmienności centrum fazowego anten są lepiej poznane i dopracowane dla systemu GPS.
Jednakże już teraz w IGiG trwają prace nad doskonaleniem orbit Galileo z wykorzystaniem własnych implementacji modeli satelitów typu box-wing, aby lepiej uwzględnić wpływ działania ciśnienia słonecznego na satelity, oraz z wykorzystaniem kombinacji obserwacji mikrofalowych i laserowych do satelitów Galileo. Patrząc jednak na potencjał systemu Galileo, aktualną jakość pozycjonowania z wykorzystaniem depesz nawigacyjnych, stabilność zegarów atomowych oraz na postęp w rozwoju modeli stosowanych w opracowaniu danych, można mieć nadzieję, że już niebawem dokładność rozwiązań Galileo z wykorzystaniem produktów „final” osiągnie porównywalną lub wyższą dokładność niż GPS.

Całość testów pozycjonowania z wykorzystaniem systemów Galileo i GPS można znaleźć w najnowszym numerze czasopisma „GPS Solutions”:
Hadaś, T., Kaźmierski, K., Sośnica, K. (2019) Performance of Galileo-only dual-frequency absolute positioning using the fully serviceable Galileo constellation. GPS Solutions 23: 108. https://doi.org/10.1007/s10291-019-0900-9.

Testy zostały przeprowadzone w programie GNSS-WARP (Wrocław Algorithms for Real-Time Positioning) – oprogramowaniu opracowanym i rozwijanym w IGiG. Prace zostały przeprowadzone w ramach projektu naukowego finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki „Wyznaczanie globalnych parametrów geodezyjnych z wykorzystaniem systemu satelitarnego Galileo” oraz w ramach projektu EPOS-PL.

Źródło: IGiG