Sistemes globals de navegació per satèl·lits: tendències i perspectives futures

Els sistemes de navegació per satèl·lit permeten localitzar un usuari mesurant la distància entre aquest i almenys tres posicions conegudes (dels satèl·lits de la constel·lació). La distància a un dels satèl·lits defineix una esfera de possibles solucions, mentre que la intersecció de les tres esferes determina la localització de l’usuari. Les lectures de distància s’obtenen multiplicant per la velocitat de la llum la diferència entre el temps d’emissió en el satèl·lit i el temps de recepció per part de l’usuari. Per tal de sincronitzar el rellotge de l’usuari amb la referència de temps del sistema, cal resoldre una quarta incògnita: l’error del rellotge de l’usuari. Així, per determinar la nostra localització (tres paràmetres) i el temps (un paràmetre), necessitem tenir almenys quatre satèl·lits en vista a la vegada.

L’any 1973 va començar a desenvolupar-se als Estats Units el sistema GPS a partir del sistema NNSS (TRANSIT). Els primers satèl·lits es van llançar al principi de la dècada dels vuitanta i GPS ha estat funcionant com a sistema des de l’inici dels noranta. La història de GMV en l’àmbit de GNSS es remunta a principis dels noranta; a l’inici, l’empresa es va centrar en l’àrea de la determinació d’òrbites i rellotges, receptors i aplicacions civils, fonamentalment aeronàutiques. Des de la meitat de la dècada dels noranta, GMV ha estat molt involucrada en el disseny i desenvolupament dels sistemes europeus EGNOS i Galileo, per als quals ha elaborat elements clau. En paral·lel, GMV ha esdevingut pionera en aplicacions GNSS, principalment orientades al sector del transport i altres àrees com l’agricultura

L’empresa ha dedicat un esforç enorme a la innovació en el camp de GNSS, en què ha cobert diferents àrees com el desenvolupament de sistemes GNSS i d’augmentació (SBAS), el desenvolupament de receptors, el desenvolupament d’aplicacions, noves tecnologies de posicionament, etc. Això li ha permès posicionar-se com a líder mundial en GNSS, ja que ha acumulat una experiència única en un gran nombre d’àrees. La innovació implica, entre altres coses, tenir una certa capacitat de predir com evolucionaran en el futur els sistemes i les aplicacions GNSS. L’any 2011, la idea que GMV tenia sobre l’evolució dels sistemes de navegació es podia resumir en els conceptes següents:

• Un únic sistema GNSS construït a partir de les contribucions de diferents països.
• Un conjunt de sistemes regionals de navegació per satèl·lit destinats a millorar la geometria, transmetre informació de navegació i proporcionar serveis addicionals regionalment.
• Un conjunt de sistemes d’augmentació basats en satèl·lit (SBAS) integrats en sistemes regionals, per prestar serveis en situacions que puguin implicar un risc vital.
• Nous algoritmes de posicionament que es beneficiïn de la disponibilitat de lectures en diverses freqüències, mesuraments de fase i algoritmes avançats de Precise Point Positioning (PPP) al nivell d’usuari.
• La integració amb altres tecnologies de posicionament no satel·litals.
• Deu anys més tard podem veure com han anant evolucionant el sistemes GNSS i també observar les perspectives de futur.

Al nivell de sistema encara no s’ha aconseguit desenvolupar un sistema global que aglutini contribucions, tot i que això sí que s’ha donat al nivell d’aplicació.

La gran majoria dels receptors disponibles avui integren tots els sistemes GNSS. Tal com estan les coses, hi ha factors de sobirania i seguretat nacionals que impedeixen construir un sistema global basat en les contribucions dels diferents països, però els diferents sistemes es dissenyen per ser altament compatibles i interoperables, de manera que per als usuaris és pràcticament transparent el fet que el posicionament que obté en la seva aplicació de navegació es genera habitualment a partir de mesuraments de diverses constel·lacions. Es molt probable que en el futur augmenti la cooperació internacional, ja que la navegació per satèl·lit és una activitat de vital importància per a l’economia.

Els sistemes de navegació regionals han anat proliferant en els últims anys. A l’Índia, el Japó i la Xina (components regionals de Beidou) ja són una realitat i en molts altres països o regions els estan considerant. Els sistemes regionals són una gran alternativa per millorar el rendiment i proporcionar als usuaris serveis addicionals. És molt probable que aquests serveis continuïn proliferant els propers anys.

Els sistemes SBAS clàssics aporten integritat a la solució dels sistemes globals. No obstant això, encara no han despuntat arreu del món perquè només estan a l’abast dels països més grans, com els Estats Units i Rússia, o de blocs de països relativament unificats, com la Unió Europea, ja que requereixen acords polítics costosos d’una certa complexitat per a països més petits. En els últims anys s’han desenvolupat sistemes avançats basats en el concepte de provisió de servei que cobreixen una representació d’usuaris més àmplia més enllà del sector de l’aviació. Això els fa molt més assequibles. Sistemes com Galileo, que transmeten el senyal de navegació en diverses freqüències d’ús civil, fan possible el concepte d’un servei SBAS de dimensió global que pugui establir-se en països o àrees relativament petits a través d’un operador que proporciona un servei. Un exemple d’aquests sistemes és el prototip operacional desenvolupat amb la contribució de GMV a Austràlia i Nova Zelanda. Esperem que aquest concepte de SBAS global basat en la provisió d’un servei, associat a la provisió de serveis addicionals com ara PPP, faci proliferar aquest tipus de sistemes en els propers anys.

El PPP ja és una realitat. Sistemes com Galileo l’incorporen a través del servei d’alta precisió (High Accuracy Service, HAS), i moltes aplicacions se’n beneficien. La combinació de PPP amb integritat s’està utilitzant per al desenvolupament de vehicles autònoms. Aquestes tecnologies permeten als usuaris establir la seva posició amb pocs centímetres i solucionen les limitacions dels sistemes de posicionament tradicionals. L’ús de PPP amb integritat ja està revolucionant el món de les aplicacions GNSS i ho farà encara més en el futur.

La integració d’altres tecnologies de posicionament amb GNSS és fonamental en moltes aplicacions i continuarà evolucionant en els propers anys amb l’aparició de noves tecnologies. Probablement GNSS és l’única tecnologia capaç de proporcionar posicionament i temps absoluts, mentre que la resta de tecnologies poden polir aquesta solució amb dades de posicionament relatiu. Un bon exemple és el cotxe autònom, en què s’integra GNSS amb càmeres, làser, 5G, hodòmetres i inercials, etc.

Fins i tot la introducció en altres tecnologies que no siguin de posicionament pot enriquir encara més l’àrea de GNSS. Les noves megaconstel·lacions de satèl·lits de comunicacions promogudes per empreses com SpaceX, OneWeb i Amazon, que probablement llançaran milers de satèl·lits LEO i MEO per proporcionar internet de banda ampla de manera global, també poden ser un element disruptiu per al món de GNSS, si bé no directament pel fet d’utilitzar aquests satèl·lits per a aplicacions de navegació, almenys sí de manera indirecta pel fet d’incrementar les capacitats de comunicació. La fusió amb tecnologia com la intel·ligència artificial i l’internet de les coses (Internet of Things, IOT) pot ampliar el nombre d’aplicacions que es poden beneficiar de la informació de posicionament que proporcionen els sistemes GNSS.

En el futur aquests sistemes continuaran evolucionant per adaptar-se a les necessitats cada cop més exigents dels usuaris. L’increment de la seguretat, la resistència a interferències i el desenvolupament de sistemes de posicionament complementaris seran coses que anirem veient els propers anys i que faran que el món de la navegació sigui encara més fascinant.

Autor: Miguel Romay Merino