El sistema Europeo de navegación por satélite

Publicado el 18 de julio de 2019

Galileo es el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) propiedad de la Unión Europea, que proporciona información precisa para aplicaciones de posicionamiento y de tiempo, con un significativo impacto positivo para usuarios tanto europeos como globales. Su objetivo es garantizar la autonomía de la UE en el campo de la navegación por satélite y propiciar a su vez el desarrollo del tejido industrial europeo, en un mercado que se presentaba (y se presenta) en fuerte expansión, al tiempo que supone la creación de una importante cantidad de puestos de trabajo de alto valor añadido.

El sistema Galileo viene a complementar los sistemas GNSS existentes o en construcción, esto es, el GPS norteamericano, el ruso GLONASS y el sistema Chino, Beidou. Existen además varios sistemas regionales [RNSS], siendo los principales desarrollados por Japón e India. Hasta ahora, los usuarios GNSS han tenido que depender de señales de GPS o de GLONASS, no civiles. Con Galileo, los usuarios tienen ahora una alternativa nueva y confiable que, a diferencia de otros programas, está bajo control exclusivamente civil.

Todos estos sistemas GNSS de navegación global por satélite son compatibles entre sí, esto es, no interfieren entre ellos, y además son interoperables, lo que permite a los usuarios de receptores GNSS estándar usar señales de diferentes sistemas a la vez, para así beneficiarse de un mayor nivel de servicio y prestaciones, independientemente del área de cobertura en la que se encuentren.

Las prestaciones de un sistema GNSS se evalúan utilizando cuatro criterios: precisión, integridad, continuidad y disponibilidad.

Estas prestaciones pueden ser mejoradas con sistemas de “aumentación” regionales por satélite, SBAS por sus siglas en inglés [Satellite-Based Augmentation Systems], tal como el sistema Europeo EGNOS [European Geostationary Navigation Overlay Service], que mejora tanto la precisión como la confiabilidad de la información originada en el sistema GNSS, corrigiendo los errores de medición de la señal y proveyendo información relativa a la integridad (esto es, garantía de corrección) de la señal origen.

La industria espacial española tiene una amplia participación en el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) de la Unión Europea, tanto en el segmento terreno como en el de vuelo.

ESTADO ACTUAL DEL SISTEMA EUROPEO DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE [E-GNSS]

Los sistemas E-GNSS son dos programas de la Comisión Europea, gestionados por la GSA -Agencia Europea de Sistemas de Navegación por Satélite-, localizada en Praga, y la ESA -Agencia Espacial Europea-.

Sistema Galileo

El inicio del Sistema Galileo se remonta a 1999, cuando la Comisión Europea presentó el proyecto como la gran apuesta de la UE. El primer satélite Galileo -experimental-, se puso en órbita en el año 2005, lanzándose el primer satélite operativo en el año 2011. A fecha de hoy se han lanzado 26 satélites de los que se encuentran operativos 24 y dos de ellos en pruebas.

Se completarán los 30 satélites de la constelación antes de finales de 2021, mientras ya se ha comenzado el proceso de definición de la segunda generación.

La infraestructura terrestre es compleja e incluye dos centros de control [GCC], en Alemania (Oberpfaffenhofen) y en Italia (Fucino); un centro de servicio a los usuarios del sistema Galileo - GSC, en España (Torrejón de Ardoz, Madrid); un centro de pruebas en órbita en Bélgica (Redu-RSS); dos centros de monitorización de seguridad del Sistema - GSMC, en Francia (St. Germain-en-Laye, Paris) y en España (San Martín de la Vega, Madrid); un centro de provisión de servicios de Referencia Geodésicos (GRSP); un centro de provisión de servicios de tiempo (TSP); un centro de provisión de servicios de búsqueda y rescate [SAR/Galileo Data Service Provider – SGDSP] ubicado en Toulouse (Francia); y el centro de monitorización independiente Galileo Reference Centre (GRC), ubicado en Noordwijk (Holanda).

La componente terrestre del sistema incluye infraestructuras desplegadas en todo el planeta, a día de hoy según el siguiente detalle:

• 16 Galileo Sensor Stations (GSS), que reciben y envían en tiempo real mediciones y datos de señales (SIS) del sistema hacia los Centros de Control de Galileo GCC en tiempo real.
• 5 Galileo Uplink Stations (ULS), que distribuyen y envían datos de misión a la constelación de satélites Galileo.
• 5 Telemetry, Tracking & Control stations (TT&C), que registran y envían datos de telemetría generados por los satélites Galileo y distribuyen los comandos de control para realizar las operaciones requeridas de mantenimiento de la constelación de satélites Galileo.

El sistema Galileo, una vez que se declare plenamente operativo (FOC), ofrecerá varios servicios de alto rendimiento a nivel global:

• Servicio Abierto [Open Service (OS)].
• Servicio de Alta Precisión [High Accuracy Service (HAS)].
• Servicio de Autenticación [del mensaje de navegación, OS-NMA, y de la señal, SAS]
• Servicio Público Regulado [Public Regulated Service (PRS)].
• Servicios de Búsqueda y Rescate [Search and Rescue Service (SAR)].

Existen planes además para proporcionar servicios de distribución de avisos de emergencia [Emergency Warning Service (EWS)] y facilidades para el desarrollo de aplicaciones de seguridad ‘safety-of-life’ (SoL).

La Agencia Europea de Sistemas de Navegación por Satélite -GSA- ha declarado el inicio de los servicios del Sistema Galileo para OS y SAR en diciembre de 2016. Desde entonces el centro de servicio a los usuarios del sistema ubicado en España -GSC- publica de manera trimestral los informes que suministran información respecto a las estadísticas de rendimiento de ambos servicios. Los resultados que viene mostrando el sistema exceden los objetivos especificados para ambos servicios (“Fuente: Galileo Public Report © European Union, 2018”).

Sistema EGNOS

El Sistema EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) como hemos comentado, es el sistema europeo de aumentación regional basado en satélites (SBAS). Se utiliza para mejorar las prestaciones de las constelaciones como GPS y en el futuro, incluirá la de Galileo. EGNOS fue creado y desplegado para proporcionar servicios SOL - Safety-of Life para aviación, el sector marítimo y el transporte terrestre.

EGNOS utiliza las medidas GNSS tomadas por estaciones georreferenciadas con alta precisión, denominadas RIMS, están desplegadas por toda Europa y el Norte de África. Estas medidas se transmiten posteriormente a una central de cálculo donde se calculan las correcciones diferenciales y los mensajes de integridad. Después, estas correcciones e información de integridad se transmiten a todo el área de cobertura utilizando satélites geo-estacionacionarios, sirviendo como aumentación a los mensajes originales de GNSS.

El Programa EGNOS

El Programa EGNOS se lanzó por la Comisión Europea en 1994 y comenzó a operar en el año 2001, con la versión 2.1 del sistema. En 2009 se declaró el primer servicio de EGNOS, el Servicio Abierto (Open Service OS) y momento en el que la operación se pone en manos de la empresa ESSP, actual proveedor de servicios de EGNOS.

En el año 2011 se produce la declaración del servicio EGNOS Safety of Life - (SoL) después de obtenida la certificación de la señal para su uso en aviación. En 2014 la Comisión Europa delega la explotación de EGNOS a la GSA.

A partir de 2022 se espera que la nueva versión del sistema actualmente en desarrollo, conocida como EGNOS v3 aumente no sólo señales del sistema GPS sino también de Galileo.

El programa EGNOS está gestionado por las siguientes entidades:

• La Comisión Europea (EC): Es el administrador del sistema EGNOS, propiedad de la UE.
• La Agencia Espacial Europea (ESA): lideró el desarrollo del sistema EGNOS en el pasado y ahora es el ente designado por la EC para diseñar las evoluciones del sistema.
• La Agencia Europea de GNSS (GSA): encargada de la gestión del programa EGNOS, sus aspectos de operación y explotación, así como la evolución y promoción de sus servicios.
• European Satellite Services Provider (ESSP): Esta empresa es el actual proveedor de servicios de EGNOS, desde que la GSA le adjudicó contrato de provisión de servicio, con vigencia hasta final de 2021.

Funcionamiento de EGNOS y sus servicios

EGNOS aumenta la señal civil de GPS L1 (1575.42 MHz) (C/A) proporcionando correcciones sobre las siguientes fuentes de error que afectan a los pseudo-rangos de GPS: errores en las posiciones de los satélites (efemérides), en los relojes de los mismos y los errores introducidos por la ionosfera.

Los mensajes de EGNOS se retransmiten a los usuarios a través de dos satélites geoestacionarios. La información suministrada por EGNOS mejora la precisión y la fiabilidad del posicionamiento GNSS a la vez que proporciona mensaje de integridad (información sobre los errores y la probabilidad de ocurrencia de los mismos). Además, EGNOS transmite una señal de tiempo precisa.

EGNOS está diseñado para ser interoperable con otros Sistemas de Aumentación basados en satélites -SBAS-, como el WAAS de los EEUU y GAGAN de la India. El área de cobertura de EGNOS es toda Europa. Por el momento, EGNOS provee tres servicios,

1. Open Service (OS): Su principal objetivo es la mejora de la precisión de la señal GPS (precisión).
2. Safety of Life (SoL) Service: Este servicio proporciona los más altos estándares de prestaciones a las comunidades de usuarios de servicios de posicionamiento de seguridad y ha sido diseñado para dar soporte a las operaciones de guiado y aterrizaje de aviación civil hasta LPV [Localiser Performance with Vertical guidance].
3. EGNOS Data Access Service (EDAS): Este servicio proporciona los datos de GNSS y EGNOS a través de un servicio de comunicación por Internet en tiempo real, y también un histórico de datos FTP. Es un único punto de acceso a los datos de EGNOS generados por su infraestructura terrena. Este servicio está disponible desde el 26 de Julio de 2012.

Componentes del Sistema:

• Segmento espacial: está compuesto por 3 satélites geoestacionarios que emiten las correcciones y la información de integridad en la banda de frecuencia L1, dos operacionales y uno en test.
• El segmento terreno está compuesto por una red de estaciones de referencia (Ranging Integrity Monitoring Stations, RIMS), 2 centros de Control de Misión (MCCs), 6 estaciones NLES (Navigation Land Earth Stations) y la red de comunicaciones EWAN [EGNOS Wide Area Network]. Dentro de cada MCC cabe destacar la presencia de la Central de Procesamiento (CPF) que es el módulo de cálculo que elabora las correcciones y los errores residuales de las mismas.

GALILEO EN ESPAÑA

Centro de Servicios GNSS - GSC

España cuenta con el Centro de Servicios GNSS (GSC) Loyola de Palacio, ubicado en la instalaciones del INTA en Torrejón de Ardoz, en la Comunidad de Madrid.

Este centro es la interfaz única para todos los usuarios a nivel global del Servicio Abierto (OS) y da soporte al segmento de búsqueda y rescate (SAR - Search and Rescue), ya operacional desde diciembre de 2016, y en el futuro gestionará la operación del servicio de Alta Precisión (HAS) y de autenticación (OS-NMA).

Operaciones orientadas al soporte de la comunidad de usuarios.

Los servicios de operación y mantenimiento del GSC están integrados completamente en el entorno de procesos del operador del sistema (GSOp, Galileo Service Operator). El GSC es la interfaz de servicio integrado para la comunidad de usuarios y cubre la administración del portal web, el servicio de asistencia al usuario, el soporte de ingeniería y la evaluación del rendimiento del servicio, así como la provisión de notificaciones a los usuarios de maniobras y disponibilidad de los satélites (NAGU).

Por otra parte la evolución del sistema Galileo prevé la incorporación de los servicios de Alta Precisión (HAS) y Autenticación (OS-NMA) a través de un enlace físico que se encuentra en el Centro.

Las operaciones y los procesos de servicio implementados en el GSC están en continua evolución, con la premisa de mantener la satisfacción del usuario y aumentar la calidad de los servicios de soporte al usuario.

El objetivo del equipo del GSC es el de mejorar el posicionamiento de Galileo como sistema GNSS clave en el mercado, promoviendo sus servicios para incorporar nuevos dominios de segmentos de usuario (e.g. ferrocarril, carretera, marítimo, aviación y sincronización) mediante la promoción, el desarrollo de aplicaciones y servicios.

Dentro del ámbito del contrato GSOp, adjudicado a Spaceopal GmbH (JV Telespazio, DLR/Gfr), las empresas y entidades españolas que prestan servicios en el GSC son: Telespazio Ibérica, INECO, ISDEFE, el INTA, GMV, INDRA y Deimos.

El Centro de Seguridad de Galileo - GSMC

El Centro de Monitorización de Seguridad [GSMC] constituye una infraestructura crítica dentro del sistema Galileo y tiene como objetivo supervisar la seguridad del sistema, de conformidad con las bases del programa y con los servicios de navegación de satélite para los usuarios del sector público. Desempeña asimismo, un papel importante en la gestión del acceso al Servicio Público Regulado [PRS], uno de los cinco servicios proporcionados por Galileo, que es utilizado por los usuarios del área de seguridad y defensa (Policía, Aduanas, Defensa, Protección Civil, etc.).

España ha logrado la decisión de la UE para alojar este centro en su territorio, instalado originalmente en Swanwick, Reino Unido y que como consecuencia del Brexit, se ha decidido trasladar dentro del ámbito de la UE.

Las instalaciones situadas en dependencias del INTA “La Marañosa”, en San Martín de la Vega, Madrid, funciona como respaldo de Centro GSMC ubicado en las cercanías de Paris.

Las instalaciones provisorias han sido ya entregadas a la GSA - Agencia Europea de Sistemas de Navegación por Satélite. El acto de entrega de las nuevas instalaciones tuvo lugar el pasado 14 de abril y fue presidido por la ministra de Defensa, Margarita Robles, acompañada por el director de programas de la UE de Navegación por Satélite, Matthias Petschke; el director ejecutivo del GSA, Carlo de Dorides, y el subdirector general de Sistemas Terrestres del INTA, general de división, Manfredo Monforte, entre otras personalidades. El director de programas de la UE de Navegación por Satélite, Matthias Petschke, que se ha mostrado convencido del “alto nivel de servicio” que ofrecerán las instalaciones del INTA ( http://www.defensa.gob.es/gabinete/notasPrensa/2019/04/DGC-190411.html).

La infraestructura que la GSA ha recibido del INTA es un centro provisional, en tanto que las instalaciones definitivas del GSMC que España se ha comprometido entregar a la GSA se encuentran en construcción en las inmediaciones del actual complejo.

Este nuevo centro representa una oportunidad y potencia la presencia de España en el Sistema Europeo de Navegación por Satélite -E-GNSS-, que aportará ventajas de tipo estratégico, mejorando el posicionamiento en el programa, que se deben traducir en una mayor participación industrial española en contratos de alto valor tecnológico y consolidación de conocimiento y tecnología nacional y en especial en el campo de los servicios GNSS de seguridad.

El GSMC desempeña las siguientes funciones:

• Monitoreo de seguridad: El GSMC monitorea y toma acciones relacionadas con las amenazas a la seguridad, alertas de seguridad y el estado operacional de los componentes del sistema.
• Gestión del acceso de PRS a nivel del sistema: El GSMC garantiza que la información confidencial relacionada con el uso del Servicio Público Regulado (PRS) se administre y proteja adecuadamente, y no se exponga al Centro Operativo de Galileo. El GSMC sirve como interfaz con entidades gubernamentales (a través de plataformas de puntos de contacto informatizadas o POCP) para las solicitudes de las claves criptográficas, y con los componentes centrales de Galileo para administrar señales/mensajes relacionados con satélites.
• Implementación de instrucciones de ‘acción conjunta’: En el caso de una amenaza a la seguridad de la Unión Europea o de un Estado miembro derivada de la operación o uso del sistema, o en el caso de una amenaza al funcionamiento del sistema en sí mismo, en particular como resultado de una crisis internacional, el Consejo, por unanimidad, decidirá sobre las instrucciones necesarias para la GSA y el concesionario del sistema.
• Proveer al servicio PRS y Galileo expertise y capacidad de análisis en el campo de la seguridad.

Las empresas y entidades españolas que prestan servicios son: GMV, Indra, Deimos…

ESP – Centro de Provisión de Servicios EGNOS

El Centro de Provisión de Servicios EGNOS se ubica en Torrejón de Ardoz (Madrid) en un edificio dentro de las instalaciones del Centro de Control de Tráfico Aéreo de ENAIRE, lindante con la Base Aérea de Torrejón.

ESSP SAS, que presta los servicios EGNOS, es una compañía de responsabilidad limitada, con sede en Toulouse, donde se encuentran las unidades de Operaciones, Ingeniería y Seguridad; y tiene una filial española, donde se encuentran las unidades de Servicio, Provisión y Promoción. ESSP está integrada por siete accionistas que son proveedores de servicios de navegación aérea.

Los sistemas de aumentación SBAS utilizan mediciones GNSS registradas por estaciones de referencia de alta precisión, desplegadas en todo el continente y en sus zonas vecinas. Todas las mediciones de error de las señales GNSS son transferidas a un centro de computación central, donde se producen las correcciones diferenciales y se generan los mensajes de integridad. Estos datos así generados son entonces transmitidos sobre el área de cobertura de EGNOS, utilizando satélites geoestacionarios que sirven como aumentación al mensaje original del sistema GNSS utilizado.

Varios países han implementado sus propios Sistemas de aumentación [SBAS]. Europa ha implementado EGNOS que cubre la mayor parte de la UE y algunas regiones vecinas.

Otros países han implementado o están desarrollando sus propios sistemas de aumentación, tales como USA, Japón, India, China, Corea del Sur y Rusia. SBAS es esencial para aplicaciones donde la precisión y la integridad son críticas. En particular, el SBAS es indispensable en situaciones donde la vida de las personas está en juego o donde se requiere una forma de garantía legal o comercial y se está utilizando el GNSS.

Por ejemplo, en el sector de la aviación, el GPS no satisface los estrictos requisitos operacionales establecidos por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) para su uso en etapas de vuelo tan importantes como los enfoques finales. Sin embargo, con la adición de SBAS, se cumplen los estándares de la OACI. Más allá del sector de la aviación, SBAS mejora y amplía el alcance de aplicaciones GNSS como la agricultura de precisión, la gestión de flotas de vehículos en ruta y la geodesia, por nombrar solo algunas.

ESSP desarrolla en el Centro de Servicios en Torrejón, las siguientes actividades de soporte a los usuarios de EGNOS en los distintos dominios de aplicación: