Ve dnech 2. a 3. prosince se v hotelu Praha konala 8. evropská schůzka CGSIC IISC (Civil GPS Interface Committee, International Information Subcomittee), které se zúčastnilo více než 70 odborníků ze 14 zemí. Cílem této schůzky bylo prezentovat dosažený pokrok v oblasti družicové navigace a nastínit další témata do budoucna. Organizace CGSIC má více než 500 členů z 53 zemí a jejím účelem je zprostředkovat výměnu informací mezi civilními uživateli systému družicové navigace GPS a poskytovatelem tohoto systému, složkami vlády Spojených států amerických. Dalším z cílů je podporovat kontakty a spolupráci mezi jednotlivými zeměmi v oblasti využití družicové navigace. Účelem výboru IISC je zejména poskytovat souhrnné zprávy a informace o stavu GPS a GNSS aktivit, mimo jiné i prostřednictvím WWW stránky http://www.navcen.uscg.mil, poprvé prezentované pro tento účel právě na pražské schůzce. Pokud bychom měli vyjmenovat hlavní témata, prezentovaná na tomto setkání, dala by se shrnout do tří rámcových oblastí:

Augmentace GPS v rámci národních a mezinárodních projektů
Augmentací rozumíme takové doplnění stávajícího systému, které vede k zlepšení jeho vlastností např. přesnosti či integrity. Velká pozornost byla věnována stávajícím či plánovaným celoplošným systémům označovaným WAAS (Wide Area Augmented Systems) nebo WADGPS (Wide Area Differential GPS). V současnosti jsou projektovány či testovány čtyři tyto systémy, americký WAAS, kanadský CWAAS, evropský EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), jehož uvedení do provozu se plánuje v roce 2002 a japonský MSAS, jenž by měl být provozuschopný v roce 2005. Velkoplošné pokrytí je ve většině případů zajištěno použitím geostacionárních družic pro šíření zpřesňujících dat. Pro ideu tzv. “seamless“ satellite navigation, což by se dalo interpretovat jako navigace bez přechodů, je rovněž důležitá vzájemná interoperabilita jednotlivých systémů, z čehož vyplývá použití jednotného standardu RTCA Do-229 MOPS a možnosti vzájemného datového propojení jednotlivých systémů.

Současně se řada států věnuje otázce zpřesňování polohy na národní a regionální úrovni, jmenujme např. Švédsko, Polsko, Itálii a Českou republiku, které zde prezentovaly své projekty v rámci národních zpráv o stavu využívání družicové navigace. Ve Švédsku národní zeměměřičský úřad National Land Survey of Sweden společně s Onsala Space Observatory a Swedish National Research and Testing Institute provozuje síť 24 stálých referenčních stanic SWEPOS. Tyto stanice poskytují korekce jak pro měření v reálném čase, tak pro zpracování výsledků měření metodou postprocessingu. Využívány jsou například komerční službou EPOS, šířící RDS kanálem sítí FM vysílačů korekce pseudovzdáleností pro DGPS nabízející přesnost pod 2 m v horizontální rovině po celém území Švédska. Jiný příklad využití je služba CICERON, používající 7 stanic SWEPOS, poskytujících korekce pro přesné určení polohy v reálném čase metodou RTK (Real Time Kinematic). Data jsou distribuována DARC kanálem sítí FM vysílačů. Dosah a použitelnost služby je do 20 km od stanice, kdy je ve vzdálenosti 19 km dosaženo přesnosti určení polohy lepší než 6 cm v horizontální rovině a 12 cm ve výšce. Do budoucna se počítá s projektem, nazývaným NeW-RTK, jehož cílem by mělo být prozkoumat a ověřit podmínky pro celonárodní službu určování polohy v reálném čase na centimetrové/decimetrové úrovni. NeW-RTK by měl být tvořen 24 stanicemi SWEPOS, které by distribuovaly RTK data a společně s nimi by byl šířen vypočtený model pro ionosféru, troposféru a parametry orbitů družic. Přenos by měl být zajišťován sítí FM vysílačů.

Testy tohoto systému jsou plánovány na začátek roku 2001, v roce 2002 by již jeho služby měly být dostupné v určitých oblastech Švédska. V Rakousku je situace obdobná: je zde síť šesti referenčních stanic poskytujících data jak pro diferenční GPS, tak pro diferenční GLONASS. Data jsou šířena sítí asi 270 vysílačů, pokrývajících 98,9 % rakouského území. Díky použitému systému DARC (Data Radio Channel), jenž umožňuje vysokou přenosovou rychlost přenášených data, jsou k dispozici také v příslušných oblastech data pro RTK měření se submetrovou přesností.

Dalším celonárodním (a dosahem i nadnárodním) systémem je ALF (Accurate Positioning by Low Frequency), provozovaný německým Úřadem pro kartografii a geodezii ve Frankfurtu nad Mohanem, jenž korekce pro DGPS šíří prostřednictvím dlouhovlnného vysílače a pokrývá efektivně území do vzdálenosti 600 km od vysílače, umístěného v Mainflingenu. Současně existuje i síť EPS-RASANT pro distribuci korekcí DGPS pomocí RDS kanálu sítí FM vysílačů, v současnosti pokrývající severozápad Německa a Bavorsko s plánovaným rozšířením na celé území státu.

V České republice je provozována referenční stanice na katedře radioelektroniky elektrotechnické fakulty ČVUT v Praze. Tato stanice poskytuje korekce pro měření na kódu v reálném čase a pro postprocessing. Korekce jsou šířeny RDS kanálem prostřednictvím FM vysílače stanice Regina Praha. V minulosti byly korekce šířeny v rámci pilotního projektu i prostřednictvím dlouhovlnného vysílače Poděbrady s dosahem takřka po celé střední Evropě. Z finančních důvodů bylo v současnosti vysílání na DV přerušeno a o dalším financování se dále jedná.

V rámci nadnárodních projektů se zmiňme o projektu “no border“ DGPS neboli DGPS “bez hranic“, spočívajícím v integraci jednotlivých národních systémů v rámci Evropy nebo o projektu CERGOP (Central Europe Regional Geodynamics Project), jenž by měl spojit a zkoordinovat geodynamické výzkumy ve středoevropském regionu a ustanovit referenční síť stálých geodetických stanic CEGRN (Central European GPS Reference Network) pro regionální i mezinárodní projekty.

Stav a modernizace družicových navigačních systémů
Otázka modernizace družicových navigačních systémů se v podstatě redukuje na dvě témata. Prvním z nich je modernizace stávajících systémů GPS a GLONASS, druhým je projekt nového navigačního systému, navrženého státy Evropské unie, nazvaný Galileo.

Největší změnou pro civilní uživatele systému GPS bude bezesporu vypnutí záměrného rušení SA (Selective Availability), které zvyšovalo chybu určení polohy pro kódová měření civilních uživatelů. Toto vypnutí je plánováno na rok 2006. Výsledkem bude dosažitelná přesnost 6 – 11 m při měření na kódu a 2 cm na základně 10 km při RTK měření. Dalším přínosem bude zavedení dalších dvou kmitočtů. První z nich, označovaný jako L2 by měl být vysílán na kmitočtu 1 227,60 MHz společně s již vysílaným vojenským. Tento druhý civilní kmitočet by měl zlepšit přesnost kódového měření na 3 – 5 m.

Implementace je plánována pro družice s plánovaným vypuštěním v roce 2003 a plně dostupný by měl být od roku 2009. Třetí civilní kmitočet, označovaný L5 bude umístěn na 1 176,45 MHz. Tento kmitočet by měl umožnit dosažitelnou přesnost kódových měření 13 m a RTK měření 2 cm na základně 100 km. Implementace L5 je plánována pro družice nového bloku II F, jejichž vypuštění na oběžnou dráhu by mělo započít v roce 2005. Plná dostupnost L5 je plánována v roce 2011, ovšem přesná data dostupnosti obou kmitočtů budou záležet na aktuálních datech vynášení družic na oběžnou dráhu, a tato data se vzhledem ke škrtům kongresu USA v rozpočtu dvou hlavních provozova- telů, Ministerstva obrany a Ministerstva dopravy mohou posunout.

Pro systém GLONASS vypracovaly ruské úřady plán, jenž zahrnuje jeho přechod z kontroly vojenskými složkami pod kontrolu civilních složek a změnu jeho statutu na systém pro civilní uživatele. V současnosti je 10 funkceschopných družic systému a další provozování a modernizace systému jsou podmíněny dostatkem financí. V budoucnosti by se měl stát systém GLONASS nezávislým doplňkem k systémům GPS a Galileo.

Velkým projektem v oblasti družicové navigace je záměr států Evropské unie vybudovat nový družicový navigační systém: Galileo. Jako jedna z hlavních příčin je uváděno, že Evropa musí projevit svou schopnost udržet si suverenitu a bezpečnost svých občanů zvýšením své role v oblasti družicové navigace. Jeví se zde potřeba zajistit evropským uživatelům právo na služby, které nenesou riziko, že se v budoucnosti poskytovaná služba změní z volně dostupné na výběrovou na základě monopolního provozování daného systému. Dalším důvodem je snaha, aby průmysl EU měl možnost efektivního zapojení do trhu souvisejícího s družicovými navigačními systémy. Tyto důvody vykrystalizovaly v potřebu návrhu nového systému, obsahujícího jak nový kosmický segment, tak odpovídající pozemní infrastrukturu. Byly stanoveny čtyři fáze projektu:
I 2000 – XII 2000 – fáze definování systému
I 2001 – XII 2005 – fáze vývoje systému
I 2006 – XII 2007 – fáze výstavby systému
I 2008 – XII 2009 a dále – fáze zavedení a následné plné provozuschopnosti

Tento systém by měl mít ve výsledku obdobnou strukturu jako již provozovaný systém GPS a společně s ním tvořit globální systém, složený ze dvou nezávislých částí.

Ochrana spektra před rušením jinými systémy
V současnosti je s rozvojem nových rádiových systémů a služeb spojena problematika přidělování kmitočtů a ochrana stávajících kmitočtových pásem před rušením. Pro rádiové navigační družicové systémy (RNSS) se tato problematika projevila v hrozbě ze strany mobilních družicových systémů (MSS) (reprezentovaných například systémem provozovaným organizací INMARSAT), jež jeví snahu obsadit pásmo 1 559 – 1 567 MHz pro přenos vesmír – země, což zasahuje do pásma používaného systémem GPS. Z těchto důvodů byla iniciována snaha zaručit, aby nebyla narušena integrita použití pásma 1 559 – 1 610 MHz výlučně pro RNSS. Dalším problémem je i zbytkové vyzařování MSS mimo své pásmo, čímž zvyšují šumové pozadí, což má vliv na přesnost určení polohy. Problematika garance přiděleného spektra stále trvá a konečný výnos by měl vyplynout z jednání na World Radiocommunication Conference 2000.
V současnosti jsou Mezinárodní telekomunikační unií rezervována pro RNSS tato pásma kmitočtů:
1 563,420 – 1 587,420 MHz – GPS L1
1 215,600 – 1 239,600 MHz – GPS L2
1 592,952 – 1 620,610 MHz – GLONASS G1
1 237.827 – 1 261,600 MHz – GLONASS G2
1 287,696 – 1 591,788 MHz – ENSS E1 (Galileo)
1 559,052 – 1 563,420 MHz – ENSS E2 (Galileo)
1 215,068 – 1 215,600 MHz – ENSS E3 (Galileo)
Snahou IGEB (Interoperability GPS Executive Board) pro rok 2000 je získat rezervování pásma 1 164,45 – 1 188,45 MHz pro GPS L5.
Pro systém Galileo se nabízejí jako další možné oblasti právě okolo pásma pro GPS L5.
Závěrem lze říci, že další vývoj v oblasti družicové navigace se zaměří zejména na budování a integraci velkoplošných systémů zvyšujících přesnost určení polohy na metrové a submetrové úrovni na národní a mezinárodní úrovni a na zlepšování úrovně již poskytovaných služeb dostupných civilním uživatelům, ať už zvyšováním počtu civilních kmitočtů, či možností používání dalších nezávislých systémů. Tyto aktivity v souhrnu bezpochyby přinesou zvýšení komfortu v užívání družicových navigačních systémů.

Ing. Pavel Puricer
ČVUT FEL Praha
puricer@feld.cvut.cz

---

Z časopisu Zeměměřič č. 3/2000