سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

مطالعه این نوشته در 15 دقیقه

یکی دیگر از سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای که در مقیاس جهانی در اختیار کاربران قرار می گیرد، سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo می باشد. Galileo توسط آژانس فضایی اروپا ESA طراحی و توسط اتحادیه اروپا پشتیبانی شده و برخلاف سایر سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، توسط کاربران غیرنظامی اداره می شود. در این نوشته به معرفی این سیستم تعیین موقعیت به عنوان یکی از اجزای اصلی GNSS می پردازم. برای آشنایی با سایر اجزا، طبقه بندی انواع سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای را مطالعه کنید.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

تاریخچه سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

همان طور که میدانید، سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای GNSS، کاربردهای بسیاری در قسمت های مختلف دارند. در مورد این کاربردها در نوشته های مختلف توضیح داده ام. وجود کاربردهای متنوع GNSS باعث شد که اتحادیه اروپا به فکر ایجاد یک سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای بیفتد.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileoدر اولین گام در سال 2003 سازمان فضایی اروپا و زیرمجموعه هایش شروع به طراحی این سیستم گرفتند که نتیجه آن پرتاب دو ماهواره تحت عنوان GIOVE در سال های 2005 و 2008 و ایجاد ایستگاه زمینی متناظر با آن ها بود. هدف اولیه از پرتاب این ماهواره ها، تست هایی بر روی ساعت اتمی، پیغام ناوبری و شرایط ارسال سیگنال بوده است. این دو ماهواره در حال حاضر از مدار خارج شده  و در دسترس نیستند.

در دومین گام، ماهواره های GSAT010x در سال های 2011 و 2012 به فضا پرتاب شدند. در سال 2013 اولین تست برای تعیین موقعیت ایستگاه زمینی توسط سیگنال های این ماهواره ها انجام شد. نتایج موفقیت آمیز این تست که در کشور هلند انجام می شد، باعث آغاز به کار اولیه این سیستم در همین سال شد.

در سال 2007، پارلمان اروپا تصمیم به ایجاد سیستم EGNOS گرفت. این سیستم که یک SBAS می باشد، موجب بهبود دقت تعیین موقعیت توسط سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo می شود. در مورد سیستم های SBAS در نوشته سرویس های تعیین موقعیت تفاضلی DGNSS توضیح داده ام.

تا پایان سال 2017، تعداد 22 ماهواره از 30 ماهواره پیش بینی شده برای این سیستم در مدار قرار گرفته است و امکان استفاده از آن وجود دارد. طبق برنامه ریزی ها در سال 2020 این سیستم با پرتاب مابقی ماهواره ها پیکربندی 24 ماهواره ای + 6 ماهواره کمکی آن به صورت نهایی شکل خواهد گرفت.

مدار ماهواره های Galileo

ماهواره های Galileo در سه مدار با نام های A، B و C با زاویه میل مداری 56 درجه در فضا در حال گردش هستند. مدت زمان گردش یک ماهواره به دور زمین 14 ساعت و 4 دقیقه و 42 ثانیه می باشد. تعداد کم مدارهای سیستم Galileo باعث کاهش هزینه های ایجاد این سیستم . همچنین امکان پرتاب همزمان چند ماهواره شده است. به عنوان نمونه، ماهواره بر Arian 5 توانایی پرتاب همزمان 4 ماهواره Galileo را دارا می باشد.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

ماهواره های این سیستم، شبیه به سیستم GLONASS، با توجه به شماره Slot نام گذاری می شوند. طراحی مدارهای این سیستم به گونه ای بوده است در هر نقطه بین 6 تا 11 ماهواره قابل ردیابی می باشد و  علاوه بر شرایط هندسی مناسب، عملکرد بهتری نسبت به GPS در مناطق با عرض جغرافیایی بالا داشته باشد. در مورد شرایط هندسی این ماهواره ها میتوان به مقدار VDOP برابر با 2.3 و HDOP برابر با 1.3 اشاره نمود.

آخرین نکته در مورد مدار Galileo این است که ماهواره هایی که عمرشان به اتمام میرسد به مداری یا نام graveyard که 300 کیلومتر بالاتر از سه مدار اصلی قرار دارند، هدایت می شوند.

سیگنال های Galileo

هر ماهواره سیستم Galileo، سه فرکانس E1، E6 و E5 را ارسال می کنند. هرکدام از این سیگنال ها از اجزای مختلفی تشکیل شده اند که باعث ایجاد سرویس های مختلفی می شوند:

  1. سرویس آزاد: این سرویس با استفاده از سیگنال های E1، E5a و E5b امکان استفاده عموم از این سرویس را فراهم می کنند.
  2. سرویس دولتی یا PRS: این سرویس مخصوص دولت های اروپایی بوده و توسط سیگنال های E1-A و E6-A سرویس تعیین موقعیت دقیق را برای کاربران مجاز فراهم می کند.اخیرا کشمکش هایی بین اتحادیه اروپا و انگلستان بر سر استفاده از این سرویس اتفاق افتاده است که در صفحه اخبار GNSS به آن اشاره کرده ام.
  3. سرویس تجاری: با استفاده از سیگنال E6-B/C و پیغام ناوبری کدگذاری شده بر روی این فرکانس، در آینده سرویس هایی در اختیار کاربران تجاری قرار خواهد گرفت.

علاوه بر موارد بالا، سیستم Galileo، سرویس Cospas-Sarsat را نیز پشتیبانی می کند. این سرویس که توسط آمریکا، روسیه، کانادا و فرانسه ایجاد شده است، سیستمی ماهواره ای برای جستجو و نجات می باشد. در مورد این سرویس در نوشته های آتی توضیح خواهم داد.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

فرکانس E1 با فرکانس L1 سیستم GPS و فرکانس E5 با فرکانس L5 آن سیستم مدولاسیون یکسانی دارند. همچنین اطلاعات مداری و تصحیحات ساعت دو سیستم نیز ساختاری شبیه به هم دارند. علاوه بر آن، هر دو سیستم از سیستم زمانی و فریم مختصاتی یکسانی استفاده می کنند. در نتیجه این شباهت، امکان تلفیق مشاهدات و اطلاعات دو سیستم با هم و افزایش دقت و کارآیی تعیین موقعیت وجود دارد.

یکی دیگر از خاصیت های مهم این سیستم، بهبود شرایط سیگنال ها در محیط های شهری و ماهش اثر چند مسیری یا Multipath می باشد.

پیغام ناوبری Galileo

پیغام ناوبری سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo شامل اطلاعات مداری به صورت زیر می باشد:

  • اطلاعات زمان به صورت شماره هفته GPS و زمان گذرنده از هفته
  • تصحیحات افمریز و ساعت مربوط به ماهواره ها
  • پارامترهای مربوط به مدل یونسفری NeQuick
  • اطلاعات تاخیر گروهی یا Group Delay که مورد استفاده کاربران تک فرکانسه می باشد.
  • اطلاعات سلامت و اعتبار سیگنال ارسالی
  • آلماناک

پیغام ناوبری این سیستم به سه نوع طبقه بندی می شود:

  1. F/NAV که بر روی E5a ارسال شده و فقط شامل اطلاعات مداری است.
  2. I/NAV که بر روی E1 و E5b ارسال شده و علاوه بر اطلاعات مداری، اطلاعات مربوط به جستجو و نجات سرویس Cospas-Sarsat می باشد.
  3. C/NAV که مربوط به سرویس تجاری بوده و  توسط E6 ارسال خواهد شد.

سیستم زمانی Galileo

در مورد سیستم زمانی Galielo در نوشته سیستم های زمانی GNSS به تفضیل توضیح داده ام.

ماهواره های Galileo

ماهواره های سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo که به GSAT مشهور هستند وزنی در حدود 715 کیلوگرم، توانی در حدود 1900 وات و عمری در حدود 12 سال دارند. این ماهواره ها دارای قسمت های مختلفی به منظور هدایت و کنترل هستند. از جمله این قسمت های می توان به قسمت کنترل توجیه ماهواره یا Attitude Control، قسمت تولید و کنترل نیروی محرکه، قسمت کنترل دمای ماهواره و نیز قسمت فاصله یابی با استفاده از رفلکتورهای لیزری اشاره نمود. در مورد هر کدام از این قسمت ها در آینده خواهم نوشت.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

یکی از مهمترین قسمت های هر ماهواره، ساعت های اتمی می باشند. ساعت های اتمی ماهواره های Galileo، از نوع روبیدیوم و هیدروژنی هستند. در تصویر زیر این ساعت ها را مشاهده می کنید:

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo

پرتاب ماهواره های Galileo

ماهواره های این سیستم از مرکز فضایی Guiana در فرانسه و توسط ماهواره برهای Ariane و Soyuz به فضا پرتاب شده اند. یکی از تفاوت های این ماهواره برها در توانایی حمل تعداد ماهواره های به صورت همزمان می باشد. همانطور که در بالا نیز اشاره شد، ماهواره بر Ariane توانایی حمل 4 ماهواره همزمان را دارا می باشد.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo
ماهواره بر Soyuz

قسمت زمینی Galileo

قسمت زمینی سیستم Galileo از دو شاخه اصلی تشکیل شده است. شاخه اول مربوط به قسمت کنترل ماهواره ها و پیکربندی آن ها با استفاده از شبکه ای از ایستگاه های TT&C می باشد.  شاخه دوم شامل قسمت مربوط به محاسبه پیغام ناوبری ماهواره ها با استفاده از ایستگاه های L-band و ارسال این پیغام ناوبری محاسبه شده به سمت ماهواره با استفاده از ایستگاه های C-band می باشد. این ایستگاه ها در آلمان و ایتالیا قرار دارند.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo
نمونه ای از ایستگاه های L-band

جمع بندی

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo یکی از اجزای اصلی GNSS می باشد. این سیستم با هزینه ای بالغ بر 10 میلیارد یورو ایجاد شده است. طبق اعلام سازندگان سیستم، دقت تعیین موقعیت با Galileo برای کاربران عادی در حدود 1 متر و برای کاربران مجاز سرویس PRS 1 سانتی متر خواهد بود. در زمان نگارش این نوشته، تعداد 14 ماهواره قابل استفاده، 2 ماهواره تستی، 2 ماهواره غیر قابل استفاده و 8 ماهواره در حال راه اندازی در این سیستم وجود دارد.

در حال حاضر این سرویس در وضعیت استفاده اولیه می باشد و استفاده استاندارد از این سیستم در سال 2020 امکان پذیر خواهد بود. پس از آن و نیز با مدرن شدن GPS و GLONASS، شرایط تعیین موقعیت و کاربردهای آن تغییرات مهمی به خود خواهد دید. در مورد سیستم GLONASS در آینده بیشتر خواهم نوشت.

برای آشنایی بیشتر با سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo ویدیوی زیر را ببینید:

به روز رسانی نوشته در 10 مرداد 1397

در تاریخ 25 جولای 2018، 4 ماهواره دیگر از این سیستم توسط ماهواره بر Ariane 5 به فضا پرتاب شده و پیکربندی ماهواره های Galileo به 26 ماهواره در مدار ارتقا یافته است.

امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinEmailTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

2 دیدگاه در “سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای Galileo”

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *