De eerste GLONASS-K Satellieten en de CDMA formaten

De eerste GLONASS-K satellieten en de nieuwe CDMA formaten

Modernisering van GLONASS

ir. Jean-Paul Henry, 06-GPS BV

Workshop Satellietnavigatie Haarlem

HSB / NIN / GIN

12 December 2014

GLONASS-K & CDMA 12.12.2014 1

INHOUD

• Introductie 06-GPS

• GLONASS in de samenleving

• Geschiedenis GLONASS

• Systeembeschrijving GLONASS

• GLONASS issues bij RTK

• Modernisering GLONASS

• Conclusies


INTRODUCTIE 06-GPS


06-GPS ALL 2014 4 4

INTRODUCTIE 06-GPS

• 2002: start 23 stations, samenwerking met SAPOS (D)

• 2003: aansluiting FLEPOS (B)

• 2005: start NTRIP-communicatie en netwerk DGPS

• 2006: GPS+GLONASS, samenwerking ASCOS (D)

• 2007: uitbreiding naar 38 stations

• 2008: 2e volledig uitgevoerde centrale (back-up)

• 2009: GNWEB en SSRPOST

• 2010: TüV SüD certificering

• 2011: Landbouw mechanisatie, samenwerking LTO

• 2012: Uitbreiding stations NL, Belgische kust

• 2013: Gebruik van WALCORS stations (Wallonië)

• 2014: Extra stations Brussel, SOMA, Noordzee (3x)

http://www.sapos.de/

http://www.ascos.de/ascos.1.0.html

06-GPS ALL 2014 5 5

INTRODUCTIE 06-GPS

• Evolutie markt / klantenkring:

– Landmeters (klassiek, Mobile Mapping, Luchtopnames)

– Hydrografie, Baggeraars

– Bouwondernemingen / maatvoerders

– Politie, Archeologen, Tuinaanleg, Loodswezen

– Machinesturing in de (wegen)bouw

– Agrariërs

– Vervoer (spoorwegen, trams, bussen)

– (Personenauto’s (deels) zelfrijdend)

GLONASS IN DE SAMENLEVING



• Niet meer weg te denken in de Geodesie en Hydrografie

• Maar ook in Navigatie en Smartphones:

Samsung Galaxy S5

R01 = 65

..

R24 = 88



• PROMOTIE

• Hond van Poetin:

• Wet 2011 Rusland: 25% importbelasting op GPS devices tenzij ook GLONASS support



• GLONASS bij 06-GPS in 2009:


Gem. Verbindingstijden per maand GPS <-> GNSS


• Gebruik GLONASS bij klanten 06-GPS in 2014:


0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

survey machine guidance

GPS only

GPS+GLONASS



• RTK FIX (s) GPS




• RTK FIX (s) GPS + GLONASS



• Uitstekende maatregel bij:


http://solarscience.msfc.nasa.gov/images/ssn_predict_l.gif

GESCHIEDENIS VAN GLONASS



• Ontwikkeling in jaren 60 en 70

• Eerste satelliet gelanceerd in 1982

• Lancering 3 per keer mogelijk

• 24 satellieten op ca. 20.000 km

• In 1995 vol operationeel

• Ontwikkeling lijkt veel op die van GPS



• Terugval tussen 1995 en 1998, geen lancering

• Nog maar 6 werkende satellieten in 2001 door levensduur 3 jaar

• Nieuw budget vanaf 2001, speerpunt Poetin

• In 2003 eerste GLONASS-M, levensduur 7 jaar

• December 2010, mislukte lancering

• Februari 2011, 1e GLONASS-K

• Oktober 2011, 24 werkende satellieten




0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

launches failed to reach correct orbit



0

5

10

15

20

25

30

35

in orbit

SYSTEEMBESCHRIJVING GLONASS



Ground Control Segment



Systeem Glonass GPS

Aantal satellieten 24 30+

Aantal banen 3 6

Halve lange as 25500 km 26550 km

Inclinatie 64.8° 55°

Omlooptijd satellieten 11u16m 11u58m

Herhaalperiode 8 dagen 1 dag





SV SV

## 1112211221111111211112112122222222221222221222222222222222212221222111 ##

# 7870198009997768098891981801122432009000008211243411232232191009010896 #

G01 == =================== G01

G02 ============= ============== G02

G03 c G03

G04 ==================== G04

G05 ========= ================= G05

G06 =========== ================ G06

G07 ========= ================== G07

G08 ============ =============== G08

G09 === =================== G09

G10 ==== M================== G10

G11 =================== G11

G12 ================== ==== == G12

G13 ==================== G13

G14 ============== ============= G14

G15 ========= ====== ========== G15

G16 ================= ======== G16

G17 ========== ============== ===== G17

G18 ======= =============== ====== G18

G19 M================== ==== G19

G20 ==================== G20

G21 ================== ======c G21

G22 =======cc c================ == G22

G23 ====== ================== G23

G24 =============== c===== G24

G25 ==================== G25

G26 ====== c== cc============= G26

G27 =================== === G27

G28 ===== ===========c c=========== G28

G29 =================== ===== G29

G30 ======= ================== G30

G31 ================ =========== G31

G32 ===== =================== G32

|-----------------|-----------------|-----------------|---------------

|<----- 6h ------>|

|<-- 2014-11-01 00:00:00.00


SV SV

## 1112211221111111211112112122222222221222221222222222222222212221222111 ##

# 7870198009997768098891981801122432009000008211243411232232191009010896 #

R01 ======== ================ R01

R02 ======= ================= R02

R03 ====== ================== R03

R04 ======= ================== R04

R05 == ========= ================= R05

R06 ====== ========== ============== R06

R07 ========= ============= ========= R07

R08 =========== ============== ===== R08

R09 ================ ====== ======== R09

R10 ================= ======= === R10

R11 ================ ========= R11

R12 ============== =========== R12

R13 ============ ============= R13

R14 =========== =============== R14

R15 ===== ========= ================ R15

R16 =========== ======= ============= R16

R17 ======== ================ ====== R17

R18 ============= =============== ==== R18

R19 ============== ============ R19

R20 ================ ==========c R20

R21 ================= ========= R21

R22 ================== ======= R22

R23 ================== ====== R23

R24 ==== ================== ====== R24

|-----------------|-----------------|-----------------|---------------

|<----- 6h ------>|

|<-- 2014-11-01 00:00:00.00


GPS Sky Plot: GLONASS Sky Plot:











• Nominale frequenties draaggolf

– L1: 1602 MHz (GPS: 1575.42 MHz)

– L2: 1246 MHz (GPS: 1227.60 MHz)

• Satelliet frequenties

– L1k = L1 + k×0.5625 MHz

– L2k = L2 + k×0.4375 MHz

– k = -7…+6

• L1k/ L2k = 9/7 voor alle k

• FDMA - Frequency Division Multiple Access (Glonass: zelfde code voor alle satellieten, verschillende frequenties)

• CDMA - Code Division Multiple Access (GPS: verschillende codes voor alle satellieten, dezelfde frequenties)


GLONASS ISSUES BIJ RTK


32


GLONASS-K & CDMA 12.12.2014

33


• GLONASS signalen ervaren verschillende hardware vertragingen doordat elke satelliet op zijn eigen frequentie uitzendt (FDMA). Resulterende “inter-channel biases” verschillen per merk. Hiermee moet met fase processing rekening worden gehouden.


34


Topcon

Leica

Javad

Trimble

GNNET

SSR

RTK

VRS

RINEX

NTRIP

RTCM

Topcon

Leica

Javad

Trimble

Septentrio

Others

GPP GPP

REFS ROVERS


Septentrio

35


• GLONASS Bias individualisatie d.m.v. NTRIP Client herkenning: NTRIP GNMOBILE/1.0

NTRIP GNSMART

NTRIP GNSSGSM/1.0

NTRIP GNSSInternetRadio/1.4.11

NTRIP Leica System 1200/1.0

NTRIP LinuxClient/1.11

NTRIP Metrotech R&D/0.0001

NTRIP NtripSokkiaGSMClient/1.00

NTRIP SCS900/1.20

NTRIP smallTRIP QUAD/v3.0.a

NTRIP SurveyController/12.41

NTRIP SurveyPro

NTRIP TerraSync

NTRIP Topcon Client/1.0.0

NTRIP TopconNtrip/1.0.3

NTRIP Trimble NtripClient/1.57.4.2

NTRIP TSM Client/1.0.0

• Bias Level per merk in boodschap 1033 (RTCM 3.1)


36


• Nieuwe ontwikkelingen:

– Publicatie Septentrio 2012: Oorzaak en compensatie “GLONASS inter-frequency carrier phase biases”

– Nieuw “nul” niveau

– RTCM 3.1 boodschap 1230: GLONASS Interoperability message. Numerieke waardes biases naast GLONASS MSM (Multi Signal Messages) RTCM 3.2 correctiesignaal


MODERNISERING GLONASS



• Gebruikers positie nauwkeurigheid in meter

• 2002: 35 m (1 σ)

• 2012: 2,8 m (1 σ)


(Meter)


• Gebruikers positie nauwkeurigheid in meter


MODERNISERING GLONASS (-M)

Ontwerpleeftijd 7 jaar

Massa 1415 kg

On-board klokken 3 Cs

Batterijen Ni-H

Zonnepanelen Silicon

CAPACITEITEN

• Nav. signalen :

– L1OF, L2OF, L1SF, L2SF

• Inter-satelliet link (RF band)

• Space Laser Ranging

• NUDET (Nuclear Detection)

• Enkele / Triple lancering

PRE - MODERNISATIE

• L1OF; L1SF; L2OF; L2SF


POST MODERNISATIE

• L1OF; L1SF; L2OF; L2SF, L3OC (vanaf (juni) 2014)

MODERNISERING GLONASS (-K1)


Massa 935 kg

On-board klokken 2 Cs + 2 Rb

Batterijen Ni-H

Zonnepanelen GaAs single-junction

CAPACITEITEN

• Nav. signalen:

– L1OF, L2OF, L1SF, L2SF, L3OC

• Inter-satelliet link (RF band)


• NUDET

• COSPAS-SARSAT (Search and Rescue)

• Enkele lancering

PRE - MODERNISATIE

• Nav. antenne (L1OF, L1SF, L2OF; L2SF)

• Nav. antenne (L3OC)

• Zonnecellen (single-junction GaAs solar cells) GLONASS-K & CDMA 12.12.2014 41

POST MODERNISATIE

• Verbeterde Nav. Antenne (L1OF; L1SF; L2OF; L2SF, L3OC)

• Zonnecellen (triple-junction GaAs solar cells)


MODERNISERING GLONASS (-K2)


Massa 645 kg

On-board klokken 2 Cs, 2Rb

Batterijen Lithium-Ion

Zonnepanelen triple-junction GaAs

CAPACITEITEN

• Nav. signalen:

– L1OF; L2OF; L1SF; L2SF;

– L1OC; L1SC; L2OC; L2SC; L3OС

• Inter-satelliet link (RF & optisch)


• 4de klok slot

• Space Environment Monitoring System

• Enkele / Triple lancering






Glonass-M Glonass-K Glonass-KM

20

12

2

01

3

20

14

2

01

5

20

16

2

01

7

20

18

2

01

9

20

20

2

02

1

20

22

2

02

3

20

24

2

02

5

20

26

2

02

7

20

28

2

02

9

20

30

2

03

1

20

32

2

03

3

20

34

2

03

5

20

36

2

03

7

20

38

2

03

9

20

40

32 30 28 26

24 22 20 18 16 14 12 10 8 6

4 2 0

Schema vernieuwing GLONASS

Aanta

l sa

telli

ete

n



• GLONASS-KM vanaf 2025

• Van 24 naar 30 satellieten

• Van 3 naar 6 satellietbanen

• L1OCM <-> GPS L1C / GALILEO E1

• L5OCM <-> GPS L5 / GALILEO E5a

• L3OCM <-> GALILEO E5b




Wat merken we er tot nu toe van ?

• GLONASS-K CDMA tracking JAVAD / SEPTENTRIO April 2011

• GLONASS-K1 metingen; C/N0 in dB-Hz van L1-C/A en L3 CDMA




GLONASS-M met L3

GLONASS-K1


• Pogingen uitbreiding Ground Segment en Monitor Stations

– Brazilië (2013)

– Vietnam

– Indonesië

– Cuba

– VS; nemen wet aan die dit verbied (bang voor spionage)

• Uitval 2 April 2014 gedurende 11 uur

– Softwarefout

– Enorme baanfouten

– ground control niet het probleem

• PZ-90.11 -> ITRS2011



• 2e GLONASS-K(1) lancering 30 November 2014




GLONASS-M met L3

GLONASS-K1



CONCLUSIES

• GLONASS weer opgeklommen tot volwaardig systeem

• Open systeem, nauwkeurigheid dichtbij GPS

• Sterke wens Russen om GLONASS te presenteren als gelijkwaardig, Russisch alternatief

• Behoud FDMA (compatibiliteit huidige ontvangers)

• Ontwikkeling CDMA, gelijk aan GPS / GALILEO/ BEIDOU

• Makkelijkere integratie voor Multi-GNSS ontvangers

• Bijdrage aan nauwkeuriger en goedkopere plaatsbepaling en navigatie


Dank u voor uw aandacht !

www.06-GPS.nl


Technology

De eerste GLONASS-K Satellieten en de CDMA formaten