Een project dat gebruikmaakt van Global Navigation Satellite Systems (GNSS) om de blauwdruk te bepalen voor 's werelds meest nauwkeurige realtime plaatsbepalingsdienst, wordt uitgevoerd aan de Universiteit van Nottingham.

De dienst, te ontwikkelen op prototypeniveau, zal ten goede komen aan veiligheidskritieke industrieën zoals de luchtvaart en de zeevaart, evenals hoge nauwkeurigheidsafhankelijke toepassingen zoals offshore boor- en productieactiviteiten, baggeren, bouw, landbouw en zelfrijdende auto's en drones, om er een paar te noemen.

Het door de EU gefinancierde TREASURE-project, zal signalen van satellietnavigatiesystemen zoals GPS, gelanceerd door de VS, naast het Russische GLONASS, China's BeiDou en Europa's nieuwe Galileo-systeem.

Het combineren van deze verschillende satellietsystemen om samen te werken is een nieuwe ontwikkeling die bekend staat als multi-GNSS, wat essentieel is om onmiddellijke, positionering met hoge nauwkeurigheid overal ter wereld.

Het vierjarige project zal zich richten op een dienst die het huidige gebruik van GNSS - normaal gesproken gebaseerd op slechts een of twee systemen - naar een hoger niveau zal tillen, om in realtime een nauwkeurigheid van enkele centimeters te bieden, het openen van een veelheid aan nieuwe mogelijkheden.

Atmosferische verstoring

Een van de belangrijkste aspecten van het onderzoek is het verminderen van de effecten van de atmosfeer, met name in verband met ruimteweer, die vaak nadelige omstandigheden kunnen creëren die de satellietcommunicatie en positioneringsnauwkeurigheid enorm verminderen.

Gecontroleerd door de interactie van de zon met het magnetische veld van de aarde, de ionosfeer (de bovenste laag van de atmosfeer van de aarde) wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van vrije elektronen, die interfereren met het signaal van een satelliet die er doorheen gaat.

Hoofdzakelijk, maar niet alleen wanneer de zonneactiviteit hoog is, Er kunnen zich onregelmatigheden in de elektronendichtheid vormen in de ionosfeer, die signaaldiffractie kan veroorzaken en tot scintillatie kan leiden - een verstrooiing van het satellietsignaal waardoor het voor een GNSS-ontvanger moeilijk is om zich op de satelliet te vergrendelen en zijn positie te berekenen.

Dit heeft een bijzonder verstorend effect op de positioneringstechnologie, vooral op hoge breedtegraden of equatoriale regio's, zoals in Noord-Europa of in Brazilië, respectievelijk.

evenzo, de troposfeer, een onderste laag van de atmosfeer, interfereert ook met de signalen. De aanwezigheid van waterdamp in dit neutrale deel van de atmosfeer kan een extra verstorend effect hebben op de satellietsignalen, dus ook van invloed op de GNSS-nauwkeurigheid.

Alle tussenliggende fouten corrigeren

Het project heeft tot doel nieuwe foutmodellen te ontwikkelen, positioneringsalgoritmen en data-assimilatietechnieken om te monitoren, niet alleen de effecten van de atmosfeer voorspellen en corrigeren, maar ook signaaldegradatie als gevolg van door de mens veroorzaakte storingsbronnen, die ook de nauwkeurigheid van de positionering kan beperken.

Signaalverwerkingstechnieken - afgestemd op de kenmerken van de storende signalen - zullen worden gebruikt om de kwaliteit van de metingen te verbeteren en uiteindelijk om betrouwbare positieoplossingen te genereren.

Bovendien, TREASURE-onderzoekers zullen ook nieuwe multi-GNSS real-time nauwkeurige baan- en klokproducten ontwikkelen, speciaal voor gebruik met het nieuwe Galileo-systeem.

Uitgebreid industriepotentieel voor nauwkeurige multi-GNSS-service

Al deze problemen vormen aanzienlijke risico's voor de vele openbare en industriële sectoren die nu afhankelijk zijn van GNSS of het willen gebruiken om groeiende humanitaire uitdagingen zoals voedsel- of energieproductie het hoofd te bieden.

Projectleider, Dr. Marcio Aquino, van het Nottingham Geospatial Institute zei:"Een zeer nauwkeurige multi-GNSS-dienst zou, bijvoorbeeld, assisteren bij veeleisende terrestrische toepassingen zoals precisielandbouw, boeren toegang geven tot realtime nauwkeurig gelokaliseerde gegevensverzameling en -analyse om de voedselproductie te maximaliseren, verlaag de kosten en minimaliseer het gebruik van pesticiden."

"Aan de andere kant van het spectrum een diepzeeboorplatform dat enige tijdelijke verslechtering van de positioneringsnauwkeurigheid ervaart, kan leiden tot fenomenale verliezen op een moment dat, vanwege het huidige olieproductieklimaat, bedrijven streven naar verhoging van de operationele efficiëntie. Deze industrie zou ook profiteren van zo'n nauwkeurige multi-GNSS-service."

Het belang van Galileo

Tegen 2020, Galileo, het Europese GNSS-systeem (EGNSS) zal volledig operationeel zijn en plaatsbepalingsgegevens van ongekende nauwkeurigheid leveren. Galileo zal wedijveren, maar cruciaal, zal ook interoperabel zijn met GPS, die de koploper is geweest van alle GNSS-systemen, die de markt al meer dan 20 jaar domineert.

Volgens Dr. Aquino:"De ontwikkeling van EGNSS en de integratie ervan met andere satellietsystemen is essentieel voor het concurrentievermogen van Europa op deze markt, daarom het belang van de EU om dit project te financieren."

De studie zal zich concentreren op twee bestaande GNSS-technieken, bekend als PPP (Precise Point Positioning) en NRTK (Network Real Time Kinematic). Beide gebruiken GPS en GLONASS, maar kan mogelijk voldoen aan toekomstige eisen voor positionering in realtime met hoge nauwkeurigheid wanneer Galileo volledig is geïntegreerd, en als TREASURE succesvol is.

Voordelen en beperkingen van PPP en NRTK

De NRTK-techniek maakt gebruik van vaste referentiestations die hoogwaardige GNSS-ontvangers bedienen op zorgvuldig onderzochte referentielocaties om nauwkeurige GNSS-positioneringsgegevens te beveiligen.

Het doorgeven van correcties van referentielocaties aan gebruikers vormt de kern van NRTK. De effectiviteit van de techniek is afhankelijk van de ruimtelijke correlatie van fouten tussen gebruiker en referentie, die zich op minder dan 20-30 km van elkaar moeten bevinden - een afstand die kort genoeg is om mogelijke signaalfouten 'op te heffen'.

Als atmosferische variaties tussen referentie en gebruiker sterk zijn, een groter aantal referentiestations kan nodig zijn, waardoor de techniek minder kosteneffectief is.

In tegenstelling tot NRTK, PPP vertrouwt niet op het 'opheffen' van fouten tussen de gebruiker en een bekend referentiestation. De gebruiker bedient zijn ontvanger onafhankelijk van het bestaan ​​van nabijgelegen stations met bekende coördinaten.

Dit wordt bereikt door externe informatie in de oplossing op te nemen, in de vorm van zeer nauwkeurige satellietklokken en baanproducten die zijn afgeleid van wereldwijde netwerken en die gratis of commercieel verkrijgbaar zijn.

Echter, de nauwkeurige voorspelling van de toestand van de atmosfeer, ook cruciaal voor PPS, is normaal gesproken niet beschikbaar via deze wereldwijde netwerken – het overwinnen van deze situatie is een van de belangrijkste doelstellingen van TREASURE.

Een kritische massa creëren en marktpotentieel testen

SCHAT, gefinancierd door het EU-kaderprogramma voor onderzoek en innovatie Horizon 2020, brengt vier topuniversiteiten samen, één onderzoeksinstituut en vier toonaangevende Europese bedrijven om het onderzoek te leveren dat zal resulteren in de ultieme zeer nauwkeurige EGNSS-oplossing.

Het projectteam zal 13 Marie Skłodowska-Curie Fellows opleiden en samenwerken, die zullen worden aangemerkt als hoogvliegende kandidaten voor toekomstige banen in de snelgroeiende GNSS-industrie of als gespecialiseerde onderzoekers.

De Fellows zullen een prototype-tool bouwen om de verschillende PPS- en NRTK-behoeften te ondersteunen en te testen welk commercieel belang er is om de toekomstige dienst op de markt te brengen.