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Sistema de posicionamiento Galileo, desde la localización 2020 al centímetro

septiembre 19, 2020

Actualmente, 4 mil millones de instrumentos utilizan información que proviene de un sistema global de navegación por satélite. En 2022 habrá 7 mil millones. Este crecimiento se debe al creciente éxito de nuevas aplicaciones que van más allá del simple posicionamiento y navegación.

Para ayudar a trazar el mapa de estas nuevas rutas, la Unión Europea está lanzando una nueva generación de la red del sistema de navegación por satélite Galileo. Y este sistema se basa en una técnica de señalización por radio desarrollada por el ingeniero francés Laurent Lestarquit, su colega español José Ángel Ávila Rodríguez y un equipo del Signal Task Force del proyecto Galileo.

Además de concebir el esquema de señalización subyacente al proyecto Galileo, el equipo diseñó y patentó técnicas de modulación de espectro ensanchado que mejoran aún más la alta precisión de Galileo y garantizan la interoperabilidad con otros importantes sistemas de navegación por satélite.

Por este logro Laurent Lestarquit, José Ángel Ávila Rodríguez y su equipo fueron nominados finalistas del European Inventor Award 2017 en la categoría ‘Investigación’. Los ganadores de la duodécima edición del premio, establecido por la Oficina Europea de Patentes, serán anunciados durante una ceremonia que tendrá lugar en Venecia el 15 de junio.

José Ángel Ávila Rodríguez y Laurent Lestarquit con un modelo de satéliteJosé Ángel Ávila Rodríguez y Laurent Lestarquit con un modelo de satélite

La técnica de señalización desarrollada por Lestarquit y sus colaboradores es un elemento importante de este sistema de navegación por satélite que también establece nuevos niveles de precisión ?, dijo el presidente de la Oficina Europea de Patentes, Benoît Battistelli, al anunciar a los finalistas del European Inventor Award 2017 “La red de satélites Galileo promete importantes beneficios para Europa, promueve el crecimiento económico y sienta las bases para importantes desarrollos tecnológicos que mejorarán la vida diaria de millones de personas”.

Por el momento, la red Galileo ha puesto 18 de los 30 satélites en órbita, pero pronto se unirá a las otras dos redes globales de satélites: el Sistema de Posicionamiento Global Americano (GPS) y el Sistema de Navegación Global por Satélite Ruso (GLONASS). A diferencia de sus predecesoras, la constelación de Galileo no tiene sus raíces en el mundo militar y una gran parte de sus servicios están destinados al uso civil. Como el sistema de navegación por satélite más nuevo y avanzado, Galileo proporcionará un rendimiento mejorado y muchas características y servicios nuevos que sus equivalentes no ofrecen.

Por ejemplo, Galileo ofrecerá una mayor precisión en la definición de la posición incluso en latitudes elevadas, problema que limita el uso del GPS en sectores como la aviación civil. También ofrecerá una función global de “búsqueda y rescate” que permitirá al personal médico y de rescate localizar mejor a las personas necesitadas y brindar su asistencia con mayor rapidez. Los satélites de Galileo pueden recopilar señales de balizas de emergencia a bordo de barcos y aviones e incluso que las personas las usen, ubicándolas con precisión y comunicando la información a los servicios de emergencia.

Günter Hein y Lionel Ries Günter Hein y Lionel Ries

La red Galileo fue concebida para soportar aplicaciones existentes y en desarrollo que van desde una mayor eficiencia y seguridad en los sistemas de comunicaciones móviles, hasta el tráfico de barcos, aire y vehículos para usos que van desde la logística multimodal (y por lo tanto un cambio más eficiente que los bienes) a la agricultura e incluso a la gestión de los espacios urbanos (ciudades inteligentes) para una planificación y control más eficaz de las ciudades.

Los avances recientes en las tecnologías de conducción automática y las tendencias en el mundo de las aplicaciones que ofrecen servicios geolocalizados indican las direcciones en las que se dirige la tecnología de navegación y posicionamiento por satélite.

Para satisfacer estas necesidades crecientes, se requiere una mayor precisión en el posicionamiento. Esto, a su vez, implica nuevas formas de transmitir la señal de radio utilizada. En 2004 la Unión Europea y Estados Unidos firmaron un acuerdo que permite la coexistencia de GPS y Galileo pero al sistema europeo se le asignó un rango de frecuencias bastante estrecho, estableciendo límites que Lestarquit y su equipo enfrentaron como un verdadero desafío. ?Desde el principio, apuntamos a una técnica de radio señalización con la robustez necesaria para durar al menos veinte años?, dice Ávila Rodríguez, ?nuestra ambición era desarrollar un sistema de navegación que pudiera ser utilizado durante varias décadas y fuera uniforme y aún más largo. GPS eficiente “.

Uno de los muchos desafíos que tuvo que enfrentar el equipo de Galileo Signal fue ofrecer una precisión mucho mayor mientras se mantiene la interoperabilidad con las señales GPS y su evolución esperada. “Teníamos que compartir las mismas frecuencias que el GPS sin causar interferencias”, dice Lestarquit, “y garantizando los niveles de rendimiento de la red Galileo”. La tarea de encontrar una solución fue encomendada a un equipo que incluía a Lestarquit y Ávila Rodríguez, junto al profesor alemán Günter Hein, el ingeniero franco-belga Lionel Ries y un equipo de la Agencia Espacial Francesa (CNES) liderado por Jean-Luc Issler.

Para garantizar la compatibilidad y la interoperabilidad, es decir, para garantizar que las señales de la red Galileo no interfieran con las del GPS o GLONASS y que los receptores puedan recibir esas señales junto con las de Galileo, el equipo inventó una nueva forma de onda. llamada portadora de compensación binaria compuesta (CBOC, portadora compuesta de compensación binaria).

Esta señal se genera componiendo dos sub-señales, una de banda estrecha, bastante fácil de implementar en los sistemas de recepción actuales, y otra de banda mucho más ancha, diseñada para la próxima generación de tecnología de alta gama.

?Este concepto se presta a una gran flexibilidad?, observa Ávila Rodríguez, ?los fabricantes de dispositivos receptores pueden decidir si utilizar solo una parte de la señal, o explotarla en su totalidad para obtener una altísima precisión en la localización?. La señal CBOC se transmite en las mismas frecuencias utilizadas por GPS y GLONASS, lo que garantiza la máxima interoperabilidad, pero sin crear interferencias.

Al mismo tiempo, Lestarquit se planteó el problema de aumentar la precisión mediante la reducción del consumo de energía preciosa necesaria para transmitir la señal del satélite. Luego ideó una técnica de modulación conocida como portadora de compensación binaria alternativa (Alt-BOC), que incorpora cuatro tipos de señales en una señal más compleja. Dos de estas señales son compatibles con los servicios abiertos (SO) de Galileo, el canal de acceso gratuito para aplicaciones de consumo, las otras dos son compatibles con los servicios de ‘Seguridad de la vida’, aquellos en los que las personas viven, como sucede. por ejemplo, en el transporte aéreo, puede depender de la integridad de la señal del satélite.

“Alt-BOC es la señal geodésica de banda más ancha del mundo, dos veces más ancha que la transmitida por GPS o GLONASS”, enfatiza Jean-Luc Issler. Este ancho de banda da como resultado un posicionamiento muy preciso: la mayoría de los receptores modernos pueden aprovechar la capacidad de flujo dual por canal de Alt-BOC para lograr una precisión medible en unos pocos centímetros. Y los receptores más antiguos pueden usar una de las señales para localizar un punto con una precisión de menos de un metro. Alt-BOC, que es interoperable con el canal SOL proporcionado por la constelación GPS, permite que los satélites de Galileo aprovechen al máximo la energía limitada disponible porque las cuatro señales se pueden transmitir utilizando un solo amplificador.

La red de satélites de posicionamiento Galileo es propiedad de la Unión Europea que la financió y está desarrollada por la Agencia Espacial Europea (ESA). Galileo se creó para ofrecer a los europeos un sistema de navegación por satélite independiente no controlado por los militares y para garantizar una cuota de mercado creciente de Europa para los sistemas de posicionamiento por satélite, que actualmente se estima en 175.000 millones de euros al año.

Las funciones de Galileo ya están generando ingresos para empresas que van desde grandes fabricantes de teléfonos inteligentes hasta pequeñas empresas especializadas. En 2016, al menos 17 fabricantes de microprocesadores, que representan el 95% de la oferta mundial, han incluido receptores para señales Galileo en sus chips. Solo en Baviera, 119 nuevas empresas vinculadas a los servicios de Galileo generan en conjunto una facturación estimada de 130 millones de euros. A partir de 2020, una vez que Galileo esté en pleno funcionamiento, se espera que tenga un impacto económico de 90.000 millones en 20 años.

Lionel Ries, Günter Hein y Jean-Luc IsslerLionel Ries, Günter Hein y Jean-Luc Issler