Satelliiditeenused

Andreas Sisask

Kava

• Lühiülevaade satelliitidest ja teenuse

tüüpidest

• Teenusest täpsemalt:

• Navigatsioon ja Galileo programm

• Kaugseire ja Copernicus programm

• Sidesatelliidid, operaatorid ja teenused

• Eesmärgid

• Luua tervikpilt – lihtsam üksteisest aru saada ning

konkreetse teema kohta materjali juurde otsida

• Tuua välja teenuste peamised omadused – parem

tunnetus rakenduste väljatöötamiseks

2

Lühiülevaade satelliitidest

Image: ESA–S. Corvaja, 2014

Satelliitide teenuste tüübid

• Side (televisioon, telefon, andmeside, jne)

• Navigatsioon (positsioneerimine)

• Kaugseire

• Maa ja keskkonna kaugseire

• Ilmaennustus

• Militaar- ja luuresatelliidid (näiteks kaugseire abil)

• Teiste satelliitide jälgimine

• Teaduslikud eksperimendid

• Peamine erinevus võrreldes maapealsete analoogidega –

pidev globaalne katvus tänu satelliidi asukohale ja

liikumisele

4

Satelliitide orbiidi kõrgus

• Madal 200 – 2 000km

• Kaugseire (~700km) – Sentinel-1A

• Teadus ja eksperimendid – ESTCube-1

• Keskmine 2 000 – 35 768km

• Navigatsioon (20 000km)

• Ilm ja kaugseire (35 768km)

• Teadus ja eksperimendid

• Kõrge > 35786

• Teadus ja eksperimendid

5

Satelliitide orbiidi

kõrgus

6

• Kalle (inclination) ekvaatori suhtes:

• 0 kraadi – ekvaatori kohal, Maa pöörlemisega samas suunas

• 90 kraadi üle pooluste

• 180 kraadi – ekvaatori kohal, pöörlemisega vastassuunas

• Ekstsentrilisus

• Ring

• Ellips

• Näide – geostatsionaarne orbiit

• Kõrgus ~35 000km

• Kalle 0 kraadi

• Ring

• Side- ja ilmasatelliidid

Teised orbiidi omadused

7

Satelliitide suurused

8

• Kuupsatelliidid 1kg

• …

• Navigatsiooni satelliidid

(~700kg)

• …

• Kaugseire satelliidid

(~2000kg)

• …

• Rahvusvaheline

kosmosejaam (450t)

Kategooria Mass

Suur > 1000kg

Keskmine 500 – 1000kg

Mini 100 – 500kg

Mikro 10 – 100kg

Nano 1 – 10kg

Piko 0,1 – 1kg

Femto < 0,1kg

Planeetidevahelised missioonid

• Rosetta – Euroopa

komeedijahtija, komeet

67P/Churyumov-

Gerasimenko

• Esimene komeedi orbiidil

tiirlemine ja maandumine

• Komeedile jõudmine

nõuab 6 miljardi km

läbimist, mille läbimiseks

kasutatakse Maa (3x) ja

Marsi (1x) abi

• Lahkumine Maalt 2004 –

maandumine 11.11.2014

9

• 67P tiirleb ümber Päikese Maa ja Jupiteri

vahel

• Suurim kaugus Päikesest 800 miljonit

kilomeetrit ja väikseim 185

Credits: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team

MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Lugemist

• Google > Satellite

• http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite

• http://www.pat-norris.com/

10

Navigatsioon

Image: ESA–S. Corvaja, 2012

Navigatsioon

• Teenused• Asukoha määramine

• Täpse kellaaja määramine

• Reeglina tsiviilrakenduste jaoks tasuta• Puuduvad mahu- ja kiirusepiirangud ning reklaamid

• Suuremaks täpsuseks on vaja maksta rohkem seadmete ja maapealse taristu eest vastava teenuse pakkujale

• Global Navigation Satellite System (GNSS)• Navigatsioonisüsteem, mis katab kogu Maa

• Ühine nimetaja sellistele süsteemidele

12

Navigatsioonisüsteemid

13

http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_navigation

Nimi Pakkuja Staatus Satelliite

GPS USA Täies mahus toimiv ~ 24

GLONASS Venemaa Osaliselt toimiv ~ 18

Galileo EL Arendus- ja testimisfaasis 6 (26)

COMPASS Hiina Osaliselt toimiv, Aasias 10

IRNSS India Arendus- ja testimisfaasis, lokaalne 2

QZSS Jaapan Toimiv, lokaalne 3 (4)

Navigatsiooni tööpõhimõte

14

• Vastuvõtja arvutab kauguse

vähemalt kolmest satelliidist:

kaugus = aeg * valguskiirus

• Vastuvõtja teab satelliitide

asukohti igal ajahetkel – ehk

nende orbiiti

• Teades satelliitide asukohti ja

kaugust neist, on võimalik

asukoht üheselt määrata

http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/travel/gps.htm

Navigeerimistäpsus

• GPS täpsus (tsiviilkasutuses) 5-15m

• Militaarsagedusel ~10x täpsem

• http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_signals

15

Vea allikas

Ionosfäär – 5m

Sateliidi asukoht

(Ephemeris) – 2,5m

Satelliidi kell –2m

Peegeldused – 1m

Troposfäär – 0,5m

Arvutused – 1m

Mitme sageduse kasutamine

• Aitavad atmosfäärist tekkinud vigade elimineerimisel

• Täpsus kuni 5m

• Ei ole (veel) masskasutuses, sest GPS teisi sagedusi ei

ole tsiviilkasutuses levinud / garanteeritud

• Seetõttu on ka vastuvõtjate hind veel kallis

16

„Pre-operational signal broadcasting from 14 GPS satellites (as of September 18,

2014). Available on 24 GPS satellites around 2018“ – gps.gov

Täiustatud (augmented) GNSS

• Suvaline süsteem, mis aitab täpsust ja usaldusväärsust

parandada, kuid mis pole GNSS satelliidi osa

• Peamised nipid on:

• Kasutatakse maapealseid referentsjaamu, mille asukoht on

teada (nn differential GPS)

• Kauguse (signaali levimise aja) mõõtmiseks kasutatakse ära

ülekande sagedust (nn carrier phase GPS)

17

• Üks võimalikest põhimõttelistest tehnikatest täpsuse parandamiseks

• Kasutab maapealseid referentsjaamu, mille täpne asukoht on teada

• Arvutab GNSS abil mõõdetud ja tegeliku asukoha vahe

• Vajalikud parandused edastatakse vastuvõtjale, kasutades kas

• Lühimaa raadiosidet

• Satelliitsidet

• GSMi

• Internetti

• Eeldab spetsiaalset vastuvõtjat

• Kasutusel on mitmeid

erinevaid realisatsioone

Differential GNSS

18

Differential GNSS realisatsioonid

• Satelliidipõhised (satellite based augmentation system)• Laia ulatusega (wide area) – referentsjaamad katavad hõredalt

suure ala

• Parandused edastatakse üle sidesatelliitide (aga mitte ainult)

• Täpsus 1-5m, kasutatakse peamiselt lennunduses

• EGNOS (Euroopa), WAAS (USA)

• Maa-põhised (ground based augmentation system)• Lokaalne – referentsjaamad katavad tihedalt väiksema ala

• Parandused edastatakse maapealse raadioside (GSM) kaudu

• Täpsus kuni 1-3cm

19

EGNOS

• European Geostationary Navigation Overlay Service

• Satelliidipõhine (SBAS) GNSS täiustus

• Katab terve Euroopa – 34 referentsjaama ja 3

geostatsionaarset sidesatelliiti

• Täpsus praktikas umbes 1m

• Miinus – poolustele lähenedes on geostatsionaarsed

sidesatelliidid väga madalal

• Teenused

• Open Service – tasuta, kuid omal vastutusel

• Safety-of-life Service – garanteerib teavituse 6 sekundi jooksul kui

teenusega on probleeme

• Commercial Service – GNSSi andmed ja korrektuurid edastatakse

maapealse taristu abil – Internet või punktist punkti ühendus

20

EGNOS vastuvõtjad

• Sisult täpselt sama, mis GNSS vastuvõtja – suudab ka

GNSSi signaali otse vastu võta ja asukohta määrata

• Sisaldab spetsiaalselt tarkvara, mis võimaldab vastuvõtjal

EGNOS-e sidesatelliitide külge lukustuda ja sealt saadud

andmete põhjal parandused arvutada

• http://egnos-portal.gsa.europa.eu/developer-

platform/developer-toolkit/receiver-list

• Hind - mõned sajad eurod, näiteks võib vaadata

http://www.u-blox.com/en/

21

Real-time Kinematic (RTK)

• Kasutab kauguse (ehk siis signaali levimise aja)

mõõtmiseks ülekande sagedust (mitte selles sisalduvat

koodi) – see võimaldab levimise aega määrata umbes

1000x täpsemalt

• Vajab selleks vähemalt ühte suhteliselt lähedal asuvat

referentsjaama

• Algselt kasutati liikuvjaamasid, mis tuli endal püstitada

• Hetkel on arenenud riikides sh. Eesti välja arendatud

püsijaamade võrgustik (VRS tehnoloogia/standard)

• Tasu ~100 eur / kuu

• Vastuvõtjad – Trimble, Leica/Novatel, Topcon/Sokki

• Seadmete hind – tuhat – paar tuhat eurot

22

Galileo – Euroopa navigatsioonisüsteem

• Finantseerib Euroopa Komisjon, realiseerib ESA

• Tsiviilkasutus

• Sõltumatus GPSist

• Ühilduv GPSi ja GLONASSiga

• Mitmed uuendused

• Täpsemad kellad

• Kahesageduslik teenus garanteeritult avalikult kättesaadav

• Turvaline teenus (Public Regulated Service)

• Päästefunktsioon (Search and Rescue)

• 6 satelliiti orbiidil, 2 läksid augustis valele orbiidile

• Kokku 26 satelliiti

23

Galileo Public Regulated Service

• Eesmärk – tagada teenus kriisiolukordades

• Peamised kasutajad

• Politsei, kaitsevägi, piirivalve

• Kriitiline taristu – transport, energeetika, meditsiin

• Kaitstud summutamise (jamming) ja tüssamise

(spoofingu) vastu

• http://www.digitaltrends.com/mobile/gps-spoofing

• Nõuab spetsiaalset vastuvõtjat

• Valitsus väljastab kasutusload

• http://ec.europa.eu/enterprise/policies/satnav/galileo/fi

les/brochures-leaflets/galileo-the-prs-brochure_en.pdf

24

Navigatsioonisüsteemide kokkuvõte

25

Navigatsioonisüsteemid

GPS (USA)

GLONASS (Venemaa)

Galileo (EL)

Compass (Hiina)

IRNSS (India)

QZSS (Jaapan)

Laia ulatusega differential täiustused

WAAS (USA)

EGNOS (EL)

GAGAN (India)

MSAS (Jaapan)

Kohalikud täiustused

RTK (VRS)

Assisted GPS

Viiteid

• http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

• http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation

• http://www.egnos-pro.esa.int/index.html

• http://www.trimble.com/gps_tutorial/

• http://www.navipedia.net/index.php/Main_Page

• http://www.insidegnss.com/

• Satelliite ja teisi süsteeme uuendatakse ja arendatakse pidevalt

• Galileo ja EGNOSe järgmine põlvkond on juba planeerimisel

26

Kaugseire

Remote Sensing / Earth Observation

Image: ESA/VITO

Kaugseire (remote sensing)

• Eemalolevate objektide kohta info kogumine, selle analüüs

ja rakendamine

• Füüsiline kontakt objektiga puudub

• Teostatakse satelliitidelt ja lennukitelt aga ka maapinnalt

• Kasutatakse elektromagnetkiirgust

• http://en.wikipedia.org/wiki/Remote_sensing

• Earth Observation (EO) – Maa ja keskkonna kaugseire

• http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_observation

• http://kaugseire.ee/

28

„Remote sensing is the science (and to some extent, art) of

acquiring information about the Earth's surface without

actually being in contact with it. This is done by sensing and

recording reflected or emitted energy and processing,

analyzing, and applying that information“

-- Natural Resources Canada

http://www.nrcan.gc.ca

29

Kaugseire ülesanded

• Objektide äratundmine e. identifitseerimine

• Mingi tunnuse järgi homogeensete alade piiritlemine,

kaardistamine, pindalade mõõtmine

• Uuritava objekti mitmesuguste tunnuste (materjali) ja

objekti seisundi hindamine

• Muutuste avastamine ja visualiseerimine objekti või alade

regulaarsel jälgimisel

• Ajalooliselt on kaugseire edu nii tsiviil- kui

militaarkasutuses baseerunud täpse pildimaterjali tootmise

ja selle käsitsi analüüsimisel

30

Kaugseire rakendusnäited

31

• Objektide tuvastamine

• Maakasutuse analüüs – mets, põld, kultuur, jne.

• Hoonete tuvastus - linnastumise areng

• Ilmaennustus – pilved, tuul, jne.

• Objekti koostise analüüs

• Atmosfääri koostis – kliimamuutused, ilmaennustus, õhukvaliteet

• (Õli)reostuse tuvastamine

• Taimkatte seisukorra analüüs

• Objekti temperatuuri mõõtmine

• Kliimamuutused ja temperatuur

• Päikeseaktiivsuse mõõtmine

Elektromagnetkiirgus

• Raadiolained

• Mikrolained

• Infrapuna kiirgus

• Nähtav valgus

32

Allikas: http://www.ambur.ee/lained.html

• Ultraviolettkiirgus

• Röntgenkiirgus

• Gammakiirgus

Miks on vaja erinevaid lainepikkuseid?

• Materjalid peegeldavad / hajutavad, neelavad, lasevad läbi

ja kiirgavad elektromagnetlaineid

• Materjali keemiline koostis ja füüsikalised omadused

määravad:

• millised lainepikkused,

• millises mahus ja kuidas

• peegelduvad ning neelduvad.

• Mida rohkem erinevaid lainepikkusi vaadelda, seda

täpsemaid ja põhjalikemaid järeldusi on võimalik teha ning

materjale tuvastada*

33

Näited

• Miks on lehed suved rohelised?

• Nähtava valguse piirkonnas olev elektromagnetkiirgus neeldub

lehtedes (klorofüllis), välja arvatud kiirgus lainepikkusega 510 nm,

mis on kokku lepitud kui “roheline”

• Silmaga ei näe temperatuuri – soojuskiirgus jääb suures

osas nähtavast valgusest välja

34

• Pinna krobelisuse (osakeste suuruse) ja lainepikkuse suhe määrab selle, kuidas kiirgus peelgedub:• Lainepikkus on väiksem – kiirgus hajub eri

suundades

• Lainepikkus on suurem – kiirgus peegeldub ühes suunas

Kaugseire tööpõhimõte

35

Alli

kas:

SH

AW

AN

D B

UR

KE

Sp

ectr

al Im

agin

g fo

r R

em

ote

Se

nsin

g

Mõõteinstrumendid

• Passiivne kaugseire

• Mõõdetakse naturaalset energiat

• Päikeselt tulnud ja objektilt peegeldunud kiirgus – ainult päeval

• Objekti poolt neelatud ja väljunud soojuskiirgust – öösel ja päeval

• Lainepikkused – nähtav valgus ja infrapunane kiirgus: VIR, NIR,

SWIR

• Aktiivne kaugseire

• „Valgustamiseks“ on oma energiaallikas – öösel ja päeval

• Kaks põhimõttelist seadet

• RADAR – mikrolained – pilved ja halb ilm ei sega

• LIDAR – ultravioletne ja nähtav valgus

36

Mõõteinstrumentide näiteid

• Landsat 7 (1999): ETM+ (nähtav ja infrapunane)

• Põllumajandus, metsandus, kaevandamine, jpt.

• SPOT 6 (2012): NAOMI (kõrglahutusega nähtav ja

infrapunane)

• Sentinel-1 (2014): C-band SAR (syntetic aperture radar)

sagedusel ~5,5 GHz

• Merepinna ja maapinna kõrguste analüüs, mulla niiskus, jpt.

• Sentinel-5: ultraviolett, infrapunane, …

• Atmosfääri analüüs – O3, NO2, SO2, CO, aerosool

• Instrument ja satelliit toodetakse sõltumatult ning sama

instrumenti kasutatakse mitmel satelliidil

• Täielik andmebaas: http://database.eohandbook.com/

37

Kaugseire piltide põhiomadused

• Ruumiline lahutus

• Spektraalne lahutus

• Radiomeetriline lahutus

• Ajaline lahutus

38

• Ühe piksli suurus rasterpildis – vahemikus ~0,5-1000m

• Polaar-orbiit (~700km) – suurusjärk 0,5 - 100m

• Geostatsionaarne orbiit (~35000km) – 500 – 1000m

• Suurem lahutus = suurem detailsus ja väiksem maa-ala

• Sõltub ühest küljest tehnilisest võimekusest, teisest küljest

eesmärgist

• Üks instrument võimaldab tihti erinevaid pildistusrežiime

Ruumiline lahutus

39

Näide: Sentinel-1 ruumiline lahutus

40

250km

5m x 20m

20km

5m x 5m

80km

5m x 5m

400km

20m x 40m

Spektraalne lahutus

• Kanalite (band) ehk lainelade arv ja laius, milles mõõtmine

toimub

• Mustvalge pilt – 1 kanal, nähtav valgus

• Värviline pilt – 3 kanalit, punane, roheline, sinine eraldi

• Tüüpiliselt 10 ringis, kuid on ka kuni paarisaja kanaliga

hyperspectral instrumente

• Rohkem kanaleid annab küll „täpsema pildi“, kuid see

tõstab ka andmete analüüsi keerukust

41

Näide: Landsat-7 ruumiline ja spektraalne

lahutus

Enhanced

Thematic

Mapper

Plus

(ETM+)

KanalLainepikkus

(mikromeetrid)

Lahutus

(meetrid)

Band 1 0.45 - 0.52 30

Band 2 0.52 - 0.60 30

Band 3 0.63 - 0.69 30

Band 4 0.77 - 0.90 30

Band 5 1.55 - 1.75 30

Band 6 10.40 - 12.50 60 * (30)

Band 7 2.09 - 2.35 30

Band 8 0.52 - 0.90 15

42

Radiomeetriline lahutus

• „Toonide“ / väärtuste arv mõõtmistulemuse digitaalsel

salvestamisel

• Väljendatakse bittides

• Näiteks 16-bitine lahutus tähendab, et kasutatakse 216 = 65536

erinevat „tooni“ / väärtust

43

Image: E

SA

Ajaline lahutus (revisit period)

• Kui tihti pildistatakse ühte ja sama piirkonda

• Sõltub väga palju missioonist ja orbiidist

• Polaar-orbiit

• 10-20 päeva, pooluste lähedal sagedasem

• Kui instrument katab korraga laiema ala, siis samuti sagedasem

• Geostatsionaarne orbiit – ilmasatelliidid teevad pilte

minutite tagant

• Oluline muutuste tuvastamiseks ja jälgimiseks erinevates

rakendustes

44

Andmete töötlustasemed ja tooted

45

Erinevates allikates ja missioonides võib olla erisusi tasemete tõlgendamisel.

Töötlemata toorandmed, täpselt nagu sensor väljastab. Reeglina neid andmeid „avalikkusele“ ei edastata, sest vajavad korrigeerimist

Tase 0

Radiomeetriliselt korrigeeritud andmed - sensori ebaühtlused on eemaldatud. Väga oluline andmetest kasuliku teabe ammutamisel

Tase 1A

Geomeetriliselt korrigeeritud andmed – satelliidi liikumisest ja Maa pöörlemisest tekkinud mõju eemaldatud. Samuti oluline edasisel kasutamisel

Tase 1B

Andmed on viidud projektsiooni ning geo-refereeritud. Neid on võimalik kanda kaardile

Tase 2

Tuletatud teave – näiteks mets, hoone, temperatuur, laine kõrgus, O3, NO2, aerosool

Tase 3

Kaugseire satelliidid

46

Agentuur Käigus Planeeritud Kokku

ESA 11 26 37

NASA 16 32 48

Teised 91 83 174

Kokku 118 141 259

http://www.eohandbook.com/

Copernicus.eu

• Vana nimega GMES

• Maailma ambitsioonikaim kaugseire programm

• Finantseerib ja korraldab Euroopa Komisjon

• Kosmosekomponenti veab ESA koostöös partneritega

• Eumetsat

• Itaalia Kosmoseagentuur (ASI)

• Briti Kosmoseagentuur (BNSC)

• Hispaania tehnoloogia arenduskeskus (CDTI)

• Prantsusmaa Kosmoseagentuur (CNES)

• Kanada Kosmoseagentuur (CSA)

• Saksmaa Kosmoseagentuur (DLR)

47

Eesmärgid

• Elukeskkonna turvalisus ja tervis, selle säilitamine

ning taastamine

• Kaugseire andmete korjamine, hoiustamine ning

kättesaadavaks tegemine

• Kaugseire tuumikteenused – põhinäitajate jälgimine

• Tasuta andmed kõigile üle maailma

48

49

Ülesehitus – 3 komponenti

Kosmos

Maa (in-situ)

Tuumikteenused (coreservices)

Tuumikteenused – 6 teemat

• Maa - maakate ja sellega seotud näitajad (näiteks

vegetatsiooniperiood)

• Merendus – tuule- ja jääolud, merepinna tõusud- ja

mõõnad, temperatuur, jne.

• Atmosfäär – erinevate gaaside sisaldus – CO2, CH4, CO,

jne.

• Kriisijuhtimine (emergency management) – tulekahjud,

üleujutused, vulkaanipursked, põgenikelaagrid, jne.

• Turvalisus (security) – piirivalve, laevaliikluse jälgimine,

jne.

• Kliimamuutused – kliimamuutuste jälgimise ja

ennustamisega seotud andmed

50

Kasutajad ning kasutusviisid

• Peamiseks kasutajateks on avaliku sektori asutused

• Lõppkasutaja võib tuumikteenuseid kasutada otse

• Keskkonnaagentuur, tervishoiuasutus kasutab atmosfääri teenust

• Päästeamet kasutab kriisikorralduse teenust

• Uusi rakendusi saab luua kasutades

• Tuumikteenuseid ja/või

• Kasutades otse lähteandmeid (radaripildid, optilised pildid)

• Tihti on vaja probleemide efektiivseks lahendamiseks

erinevaid tuumikteenuseid kombineerida ning neile lisada

veel ülesandespetsiifilist töötlust

51

Andmeallikad

• Tugimissioonid – loodud Copernicuse programmist

sõltumatult erinevate agentuuride poolt

• Kokku umbes ~30 missiooni (TerraSAR-X, Tandem-X, GeoEye-1

jpt)

• Sentinelid – loodud spetsiaalselt Copernicuse programmi

tarvis

• Sentinel-1 – radar

• Sentinel-2 – nähtav valgus ja infrapunane, kokku 13 kanalit

• Sentinel-3 – 4 erinevat instrumenti

• Sentinel-4 – ultraviolett ja infrapunane (atmosfääri koostis)

• Sentinel-5 – nähtav + infrapunane (atmosfäär ja kliimamuutused)

• Täpne instrumentide ja andmete kirjeldus https://sentinel.esa.int

52

53

Sentinelide ajakava

2014 S-1A

2015 S-1B S-2A S-3A

2016 S-2B S-3B S-5P

2020 S-4A S-6A

2021 S-1C S-5A

2022 S-1D S-2C S-3C

2023 S-2D S-3D

2025 S-6*

2027 S-1E* S5-B

2028 S-1F* S-2E* S-3E* S-4B

2029 S-2F* S-3F*

Foto: ESA

https://www.youtube.com/watch?v=FJWzLxdSMyA

Sentinel-1 andmetele ligipääs

• Andmahud on väga suured – S-1A toodab kuni ~1,8TB ööpäevas

• Üks pilt ~1GB

• Variant 1: Sentinel Data Hub - https://senthub.esa.int/

• Variant 2: Collaborative Ground Segment (otse satelliidilt)

• ESA liikmetele

• Sodankyla Soomes

• Variant 3: Muu riiklik/rahvuslik vahendaja (Maa-amet)

• https://sentinel.esa.int/web/sentinel/sentinel-data-access

• Sentinel-1A töötab täismahus 6. oktoobrist http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-1/First_Copernicus_satellite_now_operational

• Garanteeritud ja süstemaatiline andmete kätte saamine on siiski problemaatiline – puudub teenus, kus saaks suvalises kohas ja ajal tehtud pildi kätte garanteeritud aja jooksul

54

Viited

• Fundamentals of Remote Sensing

http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geomatics/satellite-imagery-air-

photos/satellite-imagery-products/educational-resources/9309

• Maa kaugseire ja satelliitnavigatsioon – rakendused, kasutus

võimalused ning mõju Eestis

https://www.mkm.ee/sites/default/files/inno_22_lqplik.pdf

55

Satelliitside

Satellite Communication

56

Satelliitside

• Kasutab Maa ümber tiirlevaid satelliite traadita ühenduseks kahe või

enama punkti vahel

• Esimene kommertskasutuse satelliit INTELSAT1 kahekordistas 1965.

aastal transatlantilise side võimekuse

• Täna on sidesatelliite sadades ning nad pakuvad väga erinevaid

teenuseid – telefon, pildi- ja heliedastus, Internet, jne.

57

58

Satelliitside eelised ja puudused

• Eelised

• Kättesaadav suvalises punktis

Maal

• Sõltumatu maapealsest

infrastruktuurist

• Väga ühtlane teenusekvaliteet

kogu võrgu ulatuses

• Kiire ja lihtne „paigaldus“

suvalises kohas

• Sobib hästi eetriteenuseks

(broadcast)

• Puudused

• Suured algkapitali kulud

(satelliitide ehitus ja

paigaldus)

• Hinnad on reeglina kõrgemad

kui maapealsetel analoogidel

• Kiirused on võrreldes

maapealsete analoogidega

piiratumad

• Suhteliselt kõrge latentsus

(kuni 0,3 sekundit)

• Tundlikud häiretele

Põhilised kasutusjuhud

• Televisioon – väga hea massi-edastuseks

• Äärealad – maapealne infrastruktuur puudub ja pole

otstarbekas

• Liikuvkasutus – lennukid ja laevad

• Tagavara – kasutatakse juhul kui maapealne võrk ei tööta

• Ajutised võrgud – suured üritused, sõjalised eesmärgid,

katastroofid

• Baasühendus (trunking) – „kanal“ pikkade vahemaade

jaoks

59

Teenused ja rakendused

• Piirid teenusetüüpide vahel ei ole enam väga selged

• Püsiteenuseid pakutakse järjest rohkem liikuvatele kasutajatele

60

Kohtteenused

Fixed Satellite Services

(FSS)

Trunking

Võrgud

Lairibaühendus (broadband)

M2M

Ülekande teenused

Broadcast Satellite Services

(BSS)

Televisioon

Raadio

Otse ülekanne

Mobiilsed teenused

Mobile Satellite Services

(MSS)

Satelliittelefon

Liikuv lairibaühendus

Lennundus / laevandus

M2M

Satelliitside orbiidid - GEO

61

• Ekvatoriaalne – ekvaatori kohal

• Satelliit on maa suhtes paigal

• Enimkasutatav orbiit

• Kasutatakse kõikide teenusetüüpide jaoks

• Plussid

• Katab pidevalt väga suure ala

• Puudub vajadus antenni suunata

• Võimaldab head kiirust

• Miinused

• Suured antennid

• Suhteliselt suur latentsus (viide)

• Poolustel kättesaamatu

Satelliitside orbiidid - LEO

62

• Ekvaatori suhtes nurga all

• Üks tiir ümber Maa 1-2 tunniga

• Üsna levinud

• Peamiselt liikuvateks teenusteks

• Plussid

• Väiksed terminalid

• Suhteliselt väike latentsus (<0,1 sekundit)

• Poolustel kättesaadav

• Miinused

• Püsivaks sideks on vaja mitut satelliiti

• Ei paku kiiret ühendust

Satelliitside orbiidid – HEO ja MEO

63

• HEO

• Satelliit on poolusel kaua nähtaval

• Kasutatakse spetsiaalselt pooluste lähedal

püsiteenusteks

• MEO

• Ekvatoriaalne või kallutatud orbiit

• Väiksemad terminalid ja väiksem latentsus kui

GEO, vähem satelliite ja parem katvus kui

LEO

• Spetsiifiline kasutus püsiteenusteks

Suuremad satelliitsideoperaatorid

64

Operaator Teenused Orbiit Laineala

FSS, BSS GEO C, Ku, Ka

FSS, BSS GEO C, Ku, Ka

FSS, BSS GEO

MEO (O3B)

C, Ku

MSS, FSS GEO L, Ka

MSS LEO L

MSS GEO L

Lainealad

65

Image: ESA

Iridium

Leviala näiteid

66

FSS

MSS

Inmarsat

C-lainealaKu-laineala

Ka-laineala

Terminalid (vastuvõtjate) näiteid

67

FSS

MSS

Telefon Internet

VSAT Fly-Away (Portable) Mobiilsed terminalid

Merendus Lennundus

Lairiba (broadband) ühendus (Internet)

68

Asutuse peakontor

Ettevõtte kohtvõrk

Internet

Satelliitside operaator

Asutuse harukontor

VSAT terminal

Andmeside: Veeb, e-mail, failid

Voogedastus: IP telefon,

videokonverents

Turvaline ühendus sisevõrku

• Keskmise satelliidi ehitus, lähetus ja opereerimine 15

aastat maksab umbes 240 miljonit eurot

• Need kulud on vaja katta

• Satelliidiühenduse keskmine hind on ~6000 eurot kuus

Mhz (1-2Mbps) kohta

• Lõppkasutajale müüakse seda edasi erinevate pakettidena –

kiirusepõhine, mahupõhine, jne.

• Hinda lõppkasutajale vähendatakse ribalaiuse jagamisega, suhe

võib olla isegi kuni 100:1

• Sellest tulenevalt on turul väga suured hinna ja kvaliteedi

erinevused

• Õige paketi valikuks tuleb teada oma vajadusi – millist

kiirust on vaja, kas kiiruse stabiilsus on kriitiline, jne.

No. 69

Lairibaühenduse hinnategurid

*Maksimaalne kiirus

(Alla/Üles), Mbps

Data

Limits

Jagamis-

suhe

Stardimak

s (EUR)

Kuumaks

(EUR)

Ka Band

Aeglane 4 / 1 15GB / kuu ~150:1 ~500 ~100

Keskmine 10 / 4 1GB / päev ~100:1 ~500 ~200

Kiire 4 / 4 2,5GB /

päev

~25:1 Free ~650

Garanteeritud

kiirus

Piiramatu 1:1 Free ~1900 / MBps

Ku Band

Keskmine 0.5 / 0.5 1GB / päev ~20:1 ~400 ~400

Kiirus 2 / 0.5 5GB / päev ~10:1 Free ~1000

Garanteeritud

kiirus

Piiramatu 1:1 ~2500 ~3800 / MBps

No. 70

Indikatiivsed lairibaühenduse hinnad

No. 71

Milline lahendus on sobilik?

Teema Küsimused Mõjud

Opereerimine Kas on vaja tehnilist tuge? Kas majasisene IT on olemas? Hanke mudel

Mobiilsus Kindlad asukohad või liikuvad punktid? Koht- või mobiilne teenus

Geograafia Millistes asukohtades on ühendust vaja? Satelliidi valik

Mahud Mitu asukohta on?

Kui palju kasutajaid on igas asukohas?

Millal ja kui tihti teenuseid kasutatakse?

Võrgu topoloogia, vajalik

andmemaht, fikseeritud

kuumaks või kasutusmaks

Rakendused

(teenused)

Veeb? E-mail? Suurte failide edastamine?

IP telefon? Videokonverents?

Turvaline võrk – VPN?

Kas on vaja prioritiseerida kasutajaid / rakendusid?

Vajalik andmemaht, seadmed,

IT taristu

Ühenduvus Kas on vaja punktist punkti ühendusi kõigi asukohtade vahel

või ainult „peakontorisse“?

Võrgu topoloogia

Töökindlus Kas piiratud teenus tipptunnil või halva ilma korral on talutav

või mitte?

Kas seadmete tõrked on talutavad?

Jagatud või garanteeritud

teenus, laineala, seadmete

liiasus

Turvalisus Kas on vaja VPN ühendust kontorite vahel?

Kas on vaja täiendavaid tulemüüre või muud IT taristu

turvalisust?

Terminali seadmed, IT taristu

• Sõidukite side

• Ühenduvus erinevatele sõidukitele

• Palju erinevaid terminale saadaval

• Rongide ja vagunite jälgimine

• Integreeritud navigatsioon ja side

• Raudtee-spetsiifilised seadmed tekkimas

• Navigatsioonil baseeruv odomeeter

• Mitmeid erinevaid uurimisprojekte –

näiteks GRAIL-2

• Masinalt-Masinale (M2M) side

Satelliitside liikuvatele platvormidele

• Sobib hästi varade (kaupade) jälgimiseks, andurite

võrgustikku ja häiresüsteemideks

• Omadused

• Optimeeritud väikemahuliseks sideks

• Mahupõhine hind (~$0.001-0.002 bait)

• Integreeritavad seadmed

• Kergelt paigaldatav ja hallatav

• Võimaldab pidevat kaugjälgimist

Masinalt Masinale Side (M2M)

Mõned seadmed maanteele ja raudteele …

74

FSS MSS

21 Net Stealth Ray 2000 Rail TRX 2 - 300 Hughes 9450 Explorer 727

Company 21 Net Raysat (Gilat) Orbit Hughes Thrane & Thrane (Cobham)

Satellite Network

Ku-Band FSS Ku-Band FSS Ku-Band FSS (Ka variant available)

Inmarsat BGAN Inmarsat BGAN

Form Factor Mechanically tracked VSAT

Low-Profile Phased Array & 3rd party modem

Low Profile Antenna & 3rd party modem

Low Profile Antenna & Separate Transceiver

Low Profile Antenna & Separate Transceiver

Performance variable

(~2Mbps down)

Variable

(~2Mbps down)

Variable

(~2Mbps down)

upto 492 kbps upto 492 kbps

Dimensions 80cm dia dish 115 L x 90 W x 15.2 H cm

1058 mm Dia x 488 mm H

477 mm Dia x 152 mm H

477 mm Dia x 152 mm H

Typical Application

Rail Road Rail Road Road

… ja merele

75

Inmarsat–C and Mini C

Iridium OpenPort/Pilot

Inmarsat FleetBroadband

Mini-VSAT (various)

Coverage Global except poles

Global Global except poles

Regional

Size Typical 12-17cm 57cm FB500: 55cm

FB250: 32cm

FB150: 29cm

Typical 40-90cm

Services Messaging / email / telex / fax

GMDSS services (all C and some

mini-C)

Voice IP data

Voice IP data SMS

ISDN (FB500 only)

VoIP IP data

Max data rate 600bps 134kbps FB500: 432kbps FB250: 284kbps

FB150: 150kbps

Up to 2Mbps downstream, 512kbps upstream depending on antenna size

M2M teenusedINMARSAT IRIDIUM

ORBCOM

M

GLOBALS

TARNAME ISATM2

M

ISATDATA

PRO

BGAN

M2MSBD RUDICS

Transport Store

and

Forward

Store and

Forward

IP Store and

Forward

Circuit

Switched

Data

Satellite

Store and

Forward

Circuit

Switched

Data

Throughput 25.5

bytes

(Tx)

100

bytes

(Rx)

<6.4 kB

(Tx)

<10 kB (Rx)

>100kbps

(duplex)

<1.96 kB

(Tx)

<1.89 kB

(Rx)

<2400bps

(duplex)

2.4 kbps

(Tx)

4.8 kbps

(Rx)

9.6kbps

(simplex/

duplex)

Latency 30-60s 15-60s

(msg size

dependent)

~1s 5-30s

(msg size

dependent

)

<1s 85% <

2mins,

99% < 15

mins

<1s

Billing

Increment

Msg 1 byte 1KB 1 byte Not

available

Not

available

15s burst

Target

Consumption

<10KB

per

month

10KB-1MB

per month

2-8MB per

month

<500

bytes per

msg

Large

M2M

networks

Not

available

Not

available

Kokkuvõtteks

• Satelliiditeenustest, nende võimekusest ja tulevastest

uuendustest peab teadma, et oleks võimalik neid ära

kasutada

• Satelliiditeenus üksinda ei lahenda ühtegi probleemi

• Uusi rakendusi, mis kasutavad ainult satelliiditeenust

(või ainult ühte satelliiditeenust) jääb järjest vähemaks

• Järjest rohkem on vaja uute rakenduste loomisel

integreerida erinevaid andmeid ja süsteeme – nii

maal kui kosmoses

77

Kasutatud materjalid

• ESA http://www.esa.int; https://sentinel.esa.int

• Wikipedia http://en.wikipedia.org/

• Natural Resources Canada http://www.nrcan.gc.ca/earth-

sciences/geomatics/satellite-imagery-air-photos/satellite-imagery-

products/9271

• Keskkonnakaugseire I, Matti Mõttus, Tartu Observatoorium

• Getting Your Imagery at the Right Level, Joseph M. Piwowar

• Kaugseire slaide aitas ette valmistada ja vaatas üle Anu Reinart, Tartu

Observatoorium

78

Tänan! Küsimused?

andreas.sisask@cgi.com

79