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ÍNDICE

• Introducción

• Navegación por Satélite en DEIMOS

• Ejemplos de proyectos recientes

INTRODUCCIÓN

• La navegación por satélite es omnipresente hoy en día

o Más de 5.800 millones de dispositivos en 2017 (80% de ellos teléfonos móviles inteligentes)1

o Mercado dominado por GPS

• Aplicaciones de todo tipo:

o LBS

o Transporte

o (carretera, aviación, ferrocarril, marítimo)

o Agricultura

o Topografía

o Medición de tiempo y sincronización

o Ciencia

• E-GNSS: GNSS Europeo

o Galileo: Sistema global europeo, interoperable con GPS

Servicios: abierto, comercial, alerta y rescate, servicio público reglado

o EGNOS: Sistema de aumentación europeo en órbita geoestacionaria

Servicios: abierto, aviación, acceso de datos (EDAS)

o 1 Fuente: GSA Market Report 2017

Present Signal

(Block II/IIA/IIR)

M-Code, 2nd Civil

(Block IIR-M/IIF)

3rd Civil

(Block IIF)

Spot Beams

(Block III)

INTRODUCCIÓN

• Galileo: 27 satélites en órbita media

o 3 planos orbitales

o 10 días de repetitividad

• GPS: 24 satélites en órbita media

o 6 planos orbitales

o 12 horas de repetitividad

• Cada satélite transmite su mensaje

de navegación con códigos de

espectro ensanchado

INTRODUCCIÓN

• GNSS: medida de tiempo

o Señal recibida de muy baja potencia (mucho menor que el ruido)

o ejemplo: GPS L1 C/A. El satélite genera una potencia menor de 100 W, que resulta en unos 32 dBW. Se reciben en

tierra entre -158,5 y -155,5 dBW

o Solución: integrar energía el máximo tiempo posible

• Señal modulada por

o un ruido (pseudo) aleatorio: el código PRN, característico de cada satélite; y por los bits de datos

• Receptor

– genera una réplica del código PN correspondiente al satélite y va variando el desfase temporal

– cuando los códigos están alineados se produce un máximo de la función de autocorrelación

– el tiempo de desfase multiplicado por la velocidad de la luz se utiliza como medida de la distancia satélite-usuario

INTRODUCCIÓN

• Aumentaciones

o SBAS: EEUU (WAAS), Europa (EGNOS), Japón (MSAS), India (GAGAN)

o Regionales

Michibiki (QZSS)

NAVIC (IRNSS)

• GLONASS

o Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (Global Navigation Satellite System)

o Usa FDMA (saltos de frecuencia)

o Futuro GLONASS-K con CDMA

• Beidou

– Servicio global y regional

– 27 MEOs, 5 GEOs, 3 IGSOS

NAVEGACIÓN POR SATÉLITE EN DEIMOS

• DEIMOS está involucrado activamente en todos los programas europeos GNSS:• Galileo• EGNOS• Evolución del GNSS Europeo• Receptor y aplicaciones

• DEIMOS emplea a unas 50 personas en Navegación por Satélite• Equipo multidisciplinar• Ingenieros aeronáuticos• Matemáticos• Físicos• Ingenieros de telecomunicación• Informáticos

• Participamos en GNSS desde nuestra fundación en 2011

Imagen: ESA/P. Carril

SISTEMAS Y TECNOLOGÍAS GNSS

• Disciplinas:

o Ingeniería de Sistema (arquitectura, interfaces, etc)

o Determinación de órbita

o Algoritmos y prestaciones (navegación, integridad, seguridad, simulación)

o Receptores GNSS (procesado de señal, algoritmos, prestaciones, hibridación)

o Aplicaciones (integración nav/com, soluciones avanzadas de navegación)

o Desarrollo de Sistemas del Segmento Terreno que implican algoritmos complejos

y software crítico y de tiempo real (GSWS, DO-178B, in DAL-B and DAL-C)

• Productos y herramientas

o Simulación precisa del sistema y del receptor

o SW de análisis de prestaciones

o Cadena operacional de procesado (Galileo y EGNOS)

o Bancos de prueba

o Receptores

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.

NAVEGACIÓN POR SATÉLITE EN DEIMOS: SISTEMA

GALILEO

• 3 elementos críticos del segmento terreno (MGF, MSF, RDG)

EGNOS V3

• Responsable de la simulación y análisis de prestaciones

• Definición del segmento de procesado de datos

• Definición de los conceptos de navegación e integridad

• Definición y prototipo de algoritmos de determinación de órbita

ESTUDIOS PARA GALILEO SEGUNDA GENERACIÓN (G2G)

• Análisis de misión para estrategias de reposición de satélites

Imagen: ESA/P. Carril

• Análisis RAMS• Definición del concepto de integridad

• Receptor de usuario• Validación independiente

• Conceptos novedosos de integridad (RAIMS)

• Enlaces entre satélites (ISL)

• Determinación de órbitas y sincronización de tiempos (ODTS)

• Navegación autónoma



.

APLICACIONES

Terrestres / Marítimas / Aéreas

Hibridación con otros sensores

Algoritmos avanzados de navegación

Cartografía

Reflectometría

UAVs

Análisis de aplicabilidad de PRS

APLICACIONES

Espaciales

Navegación en órbitas HEO/GEO/GTO

GNSS en la Luna

Validación chip AGGA4 de la ESA

Integración Nav-Com para vuelo en formación

NAVEGACIÓN POR SATÉLITE EN DEIMOS: RECEPTORES Y APLICACIONES

RECEPTORES GNSS

Prototipo propio en FPGA G3

Simulación GRANADA GSS SW Suite

Procesado de señal

Herramientas de análisis

Hibridación con otros sensores (LiDAR, inercial,…)

Receptor E5 AltBOC



.

Seguridad, Gestión, Control, y Productividad de Personas, Objetos y Vehículos

Seguimiento en tiempo real e históricos

Integración de varias cartografías

Accesible en movilidad

Recepción y gestión de alarmas

Aplicación web accesible desde cualquier navegador

Informes adaptados y personalizables

RECEPTOR GRANADA GALILEO Y GPS (G3)

• Hardware comercial con acceso a datos de bajo nivel , doble frecuencia GPS y Galileo (E1/L1 andE5a+b/L5, Beidou opcional)

• 40 canales (ó 16 para AltBOC), 1Hz PVT, 4 entradas RF e I/O (Ethernet, Micro-SD, UART, JTAG, USB 3.0,reloj externo) en placa base ad-hoc con regulador de potencia (5-15V);

• Grabación de datos RF para transmisión en tiempo real a PC; Placa configurable Zynq-7000 FPGA yprocesador de doble núcleo ARM Cortex para procesado de señal y navegación;

• Ideal para investigación y desarrollo, aplicaciones como reflectometría, determinación deactitud, navegación de precisión, hibridación y otras

• Tamaño total 100mmx164mmx45mm (incluida placas base y DSP) and sólo 54mmx64mm para la placaDSP

PROYECTOS RELEVANTES DE RECEPTOR Y NAVEGACIÓN

• Estudios de enlaces inter-satélites

• Conceptos innovadores de OD

• Reflectometría GNSS

• Navegación GNSS/INS/LiDAR

• Sistema de navegación UAV

• Rescate en avalancha

• Herramientas de análisis de receptores

• SW de simulación (GRANADA)

RECEPTOR Y APLICACIONES ESPACIALES

• Emulación del chip AGGA4 de la ESA

• Navegación en órbitas HEO/GEO/GTO/Lunares

• Integración Nav-Com

Verification Platform

AGGA-4, Firmware,

SW Testbench

Spirent Simulator

Firmware

IOIOIOIOI

HAL

Rx Functions

ISR

Navigation

Processor

LEON, FPU

IOIOI

IOIOIO

……...IOIOIO

……...IOIOIO

……...

Front-end

IF

IFRF

IOIOI

FFT,

Interface

modules,….

IOIOI

GNSS Module

EVOLUCIONES FUTURAS PROGRAMA GNSS EUROPEO

• EGNOS v3

o Evolución de EGNOS para doble frecuencia (L1/L5) y extensión a Galileo.

o Deimos define y prototipa los algoritmos de determinación de órbita y está enel equipo de definición del sistema

o Estudio para la Comisión Europea de la evolución futura del servicio EDASe

• Galileo 2nd Generation G2G

o Deimos está presente en el equipo de definición de sistema

Mejoras en seguridad, autenticación, prestaciones

o Definimos la estrategia de sustitución de la constelación

o Estudiamos los nuevos algoritmos de determinación y predicción de órbita

o Estudiamos la evolución del segmento terreno

Más seguridad, menor coste

• Nombre: COREGAL

• Llamada: Aplicaciones Galileo – Navegación por Satélite 2014

• Tema: Desplegando el potencial de aplicaciones EGNSS a través de la cooperación internacional

• Fechas: 2015-2017

• Socios: Portugal (Deimos liderando), España, Reino Unido, Italia, Brasil, Suiza

EJEMPLO DE PROYECTO RECIENTE H2020: COREGAL

Motivación

• Países con grandes bosques, como Brasil, necesitan mantener cartografía actualizada de su biomasa

• Interés creciente en bio-energía, investigación climática, gestión sostenible de la masa forestal, inventario de reservas de carbono

• La continua deforestación y gestión forestal requiere una monitorización frecuente y precisa, que puede ser cara y difícil

• El radar satelital puede atravesar las nubes; pero baja resolución espacial y saturación

• Satélites ópticos no tienen precisión suficiente debido a las nubes

• Aeronaves con instrumentos dedicados y medidas in-situ: muy caras


Objetivos

• Desarrollar un UAV de bajo coste y un servicio para cartografía de biomasa, perimitiendo cartografiar a gran escala en el contexto de gestión forestal en Brasil, con impacto social y ambiental.

• Desarrollar un receptor Galileo de Posicionamiento y Reflectometría (P+R) para posicionamiento preciso y estimación de biomasa

• Combinar datos locales con satelitales (globales) en pruebas de campo para demostrar el concepto

• Estimular la cooperación internacional para favorecer la adopción de EGNSS en países no europeos


• La potencia recibida es sensible a la biomasa

• Potencia reflejada ↓ con ↑ biomasa, debido a ↑ atenuación por la cubierta forestal

• ↑ biomasa ↓ dispersión coherente del suelo• Dispersión coherente > incoherente incluso en

condiciones de alta biomasa

“Forest biomass monitoring with GNSS-R: Theoretical simulations”, P. Ferrazzoli, L. Guerriero, N. Pierdicca, R. Rahmoune, April 2010, Advances in Space Research, COSPA

Direct Signal

Señal reflejada


Resultados

• Desarrollo de un Recetor GNSS profesional + pedido de patente (4o receptor AltBOC en Europa)

• Demostración de nuevos algoritmos y productos para cartografía de carbón y biomasa basados en Galileo, con impacto social

• Amplia diseminación del proyecto y de Galileo en Brasil, involucrando a nuevas comunidades de usuarios (seminarios, conferencias, etc)

• Propuestas convenientes campañas de pruebas más extensas y continuación de las actividades. Alto interés por parte de los usuarios


CONCLUSIONES

• La navegación por satélite es uno de los programas espaciales más completos e

interdisciplinares

• Europa está comprometida con GNSS con Galileo (¡ya operacional!), EGNOS y sus

evoluciones previstas

• La industria española es puntera a nivel mundial en muy diversos campos

o Ejemplo: el primer teléfono móvil con Galileo fue español, BQ Aquaris X5 Plus

• DEIMOS está involucrada con GNSS desde su fundación

o Estamos en todos los programas europeos a nivel de sistema, y también en

receptores y aplicaciones

• Las aplicaciones y sistemas GNSS tienen un gran futuro y potencial de crecimiento

o Más información en http://www.elecnor-deimos.com/activities/space/navigation/

o Información institucional en https://www.gsa.europa.eu/

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https://www.gsa.europa.eu/



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