En la Universidad de Nottingham se ejecutará un proyecto que explota los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) para establecer el modelo del servicio de posicionamiento en tiempo real más preciso del mundo.

El servicio, para ser desarrollado a nivel de prototipo, beneficiará a industrias críticas para la seguridad como la aviación y la navegación marítima, así como aplicaciones dependientes de alta precisión, como operaciones de perforación y producción en alta mar, dragado construcción, agricultura y coches y drones sin conductor, Sólo para nombrar unos pocos.

El proyecto TREASURE, financiado con fondos europeos, integrará señales de sistemas de navegación por satélite como GPS, lanzado por los EE. UU., junto al GLONASS de Rusia, BeiDou de China y el nuevo sistema Galileo de Europa.

Combinar estos diferentes sistemas de satélites para operar juntos es un nuevo desarrollo conocido como multi-GNSS, que es clave para proporcionar instantáneas, Posicionamiento de alta precisión en cualquier parte del mundo.

El proyecto de cuatro años se centrará en un servicio que llevará el uso actual de GNSS, normalmente basado en solo uno o dos sistemas, al siguiente nivel. para proporcionar una precisión de unos pocos centímetros en tiempo real, abriendo multitud de nuevas posibilidades.

Disrupción atmosférica

Uno de los aspectos clave de la investigación es mitigar los efectos de la atmósfera, en particular relacionado con el clima espacial, lo que a menudo puede crear condiciones perjudiciales que reducen enormemente la precisión de la comunicación y el posicionamiento por satélite.

Controlado por la interacción del sol con el campo magnético de la Tierra, la ionosfera (la capa superior de la atmósfera terrestre) se caracteriza por la presencia de electrones libres, que interfieren con la señal de un satélite que lo atraviesa.

Principalmente, pero no solo cuando la actividad solar es alta, Pueden formarse irregularidades en la densidad de electrones en la ionosfera, lo que puede causar difracción de la señal y dar lugar al centelleo, una dispersión de la señal del satélite que dificulta que un receptor GNSS se fije en el satélite y calcule su posición.

Esto tiene un efecto particularmente perturbador en la tecnología de posicionamiento, especialmente en regiones de alta latitud o ecuatoriales, como en el norte de Europa o en Brasil, respectivamente.

Similar, la troposfera, una capa inferior de la atmósfera, también interfiere con las señales. La presencia de vapor de agua en esta parte neutra de la atmósfera puede crear un efecto perturbador adicional en las señales de los satélites. afectando así también la precisión GNSS.

Corregir todos los errores intervinientes

El proyecto tiene como objetivo desarrollar nuevos modelos de error, algoritmos de posicionamiento y técnicas de asimilación de datos para monitorear, predecir y corregir no solo los efectos de la atmósfera, sino también la degradación de la señal debido a fuentes de interferencia provocadas por el hombre, lo que también puede limitar la precisión de posicionamiento.

Se utilizarán técnicas de procesamiento de señales, adaptadas a las características de las señales interferentes, para mejorar la calidad de las mediciones y, en última instancia, para generar soluciones de posición fiables.

Es más, Los investigadores de TREASURE también desarrollarán nuevos productos de reloj y órbita precisos en tiempo real multi-GNSS, específicamente para su uso con el nuevo sistema Galileo.

Amplio potencial de la industria para un servicio multi-GNSS preciso

Todos estos problemas plantean riesgos importantes para los numerosos sectores públicos e industriales que ahora dependen del GNSS o pretenden utilizarlo para superar los crecientes desafíos humanitarios, como la producción de alimentos o energía.

Lider del Proyecto, Dr. Marcio Aquino, del Instituto Geoespacial de Nottingham dijo:"Un servicio multi-GNSS de alta precisión podría, por ejemplo, ayudar a aplicaciones terrestres exigentes como la agricultura de precisión, dar a los agricultores acceso a la recopilación y el análisis de datos ubicados con precisión en tiempo real para maximizar la producción de alimentos, reducir costos y minimizar el uso de pesticidas ".

"En el otro lado del espectro, una plataforma de perforación en aguas profundas que experimente una degradación temporal de la precisión de posicionamiento podría provocar pérdidas fenomenales justo en un momento en que, debido al clima actual de producción de petróleo, las empresas se esfuerzan por aumentar la eficiencia operativa. Esta industria también se beneficiaría de un servicio multi-GNSS tan preciso ".

La importancia de Galileo

Por 2020, Galileo, el sistema europeo GNSS (EGNSS) estará en pleno funcionamiento y proporcionará datos de posicionamiento con una precisión sin precedentes. Galileo rivalizará pero, crucialmente, también será interoperable con GPS, que ha sido el pionero de todos los sistemas GNSS, dominando el mercado desde hace más de 20 años.

Según el Dr. Aquino:"El desarrollo de EGNSS y su integración con otros sistemas de satélite es clave para la competitividad de Europa en este mercado, de ahí el interés de la UE en financiar este proyecto ”.

El estudio se centrará en dos técnicas GNSS existentes conocidas como PPP (Posicionamiento preciso de puntos) y NRTK (Red cinemática en tiempo real). Ambos usan GPS y GLONASS, pero potencialmente podría satisfacer las futuras demandas de posicionamiento de alta precisión en tiempo real cuando Galileo esté completamente integrado, y si TESORO tiene éxito.

Beneficios y limitaciones de PPP y NRTK

La técnica NRTK utiliza estaciones de referencia fijas que operan receptores GNSS de alta calidad en ubicaciones de referencia cuidadosamente estudiadas para asegurar datos de posicionamiento GNSS precisos.

La transmisión de correcciones desde las ubicaciones de referencia a los usuarios es el núcleo de NRTK. La eficacia de la técnica se basa en la correlación espacial de errores entre el usuario y la referencia, que deben estar situados a menos de 20-30 km de distancia, una distancia lo suficientemente corta para permitir que los posibles errores de señal se "cancelen".

Si las variaciones atmosféricas entre la referencia y el usuario son fuertes, puede ser necesario un mayor número de estaciones de referencia, haciendo que la técnica sea menos rentable.

Al contrario de NRTK, PPP no se basa en la "cancelación" de errores entre el usuario y una estación de referencia conocida. El usuario opera su receptor independientemente de la existencia de estaciones cercanas con coordenadas conocidas.

Esto se logra incorporando información externa en la solución, en forma de relojes satelitales de alta precisión y productos orbitales derivados de redes globales y disponibles de forma gratuita o comercial.

Sin embargo, la predicción precisa del estado de la atmósfera, también es crucial para las APP, normalmente no está disponible en estas redes globales - superar esta situación es uno de los principales objetivos de TREASURE.

Creando una masa crítica y probando el potencial del mercado

TESORO, financiado por el Programa marco de la UE para la investigación y la innovación Horizonte 2020, reúne a cuatro universidades de primer nivel, un instituto de investigación y cuatro empresas europeas líderes para proporcionar la investigación que dará como resultado la solución EGNSS de alta precisión definitiva.

El equipo del proyecto se capacitará y trabajará junto con 13 becarios Marie Skłodowska-Curie que serán seleccionados como candidatos de alto vuelo para futuros empleos en la floreciente industria GNSS o como investigadores especializados.

Los becarios construirán una herramienta prototipo para respaldar las diferentes necesidades de PPP y NRTK y probarán el interés comercial que existe para llevar el servicio futuro al mercado.