Galileo-satelliittijärjestelmä on pian valmis. Useimmat paikantavat laitteet tukevat jo järjestelmää. Silti laitteiden valmistajat pitäisi toteuttaa niihin etäyhteys, sillä se on ainoa tapa säätää satelliittivalikoimaa tarvittaessa. Tämä voi olla järjestelmän kannalta kriittinen tekijä.

Galileo eroaa amerikkalaisesta GPS:stä ja venäläisestä Glonassista – sekä kiinalaisesta Beidousta – siinä, että kyse on siviili-, ei militaarijärjestelmästä. Euroopan unioni käynnisti hankkeeseen saadakseen pääsyn riippumattomaan navigointijärjestelmään, mikäli eri valtioiden välillä ilmenisi intressiristiriitoja.

Galileo on ollut kaikkien käytettävissä vuodesta 2016 lähtien. Kaikkien 30 satelliitin odotetaan olevan radallaan vuoden 2019 loppuun mennessä. Yli 700 miljoonaa laitetta - useimmat niistä älypuhelimia – hyödyntävät jo tätä eurooppalaista globaalia GNSS-järjestelmää (global navigation satellite system).

Suurin hyöty tästä saadaan siten, että useampaa järjestelmää tukevilla laitteilla on käytössään enemmän satelliitteja. Miäli laite käyttää GPS:ää, sillä on käytössää 24 satelliittia – 12 kummallakin pallonpuoliskolla. Galileon lisääminen tuo navigointiin 46 signaalilähdettä (24 GPS-satelliittia ja 22 Galileo-satelliittia), joten käytössä on ihanteellinen konstellaatio paikannukseen kaikkina aikoina. Tämä myös auttaa laitteita saamaan käyttökelpoisen paikkatiedon nopeammin (ns. TTFF eli Time to First Fix).

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi kaikkien eri järjestelmien suunnittelijat ja tutkijat ovat tehneet läheistä yhteistyötä, mikä näkyi Rutronikin järjestämässä Galileo-seminaarissa. Kierroksella ESOC-keskuksessa (European Space Operation Center) asiantuntijat selittivät, että tämä yhteistyö oli keskeisessä roolissa, koska jokainen järjestelmä käyttää eri referenssipisteitä järjestelmän koordinointiin. Mikäli näitä ei jatkuvasti soviteta toistensa kanssa, Galileo määrittelisi sijainnin ja ajan eri tavoin kuin GPS, Glonass ja Beidou. Vain vertailemalla voidaan kaikki järjestelmät yhtenäistää.

Galileo tuo nopeammat ja tarkemmat tulokset

Yksi Galileon eduista on paljon suurempi tarkkuus, joka vaihtelee noin metrissä. GPS:ssä tarkkuus on todennäköisimmin viisi metriä ja muissa järjestelmissä on tavallista, että tarkkuus on tätäkin heikompi. Se, miten tarkasti sijainti määritetään, riippuu myös satelliittien valinnasta: mahdollisimman suuri kulma parantaa tarkkuutta. Satelliittien valintaan liittyy kuitenkin muitakin tekijöitä, kuten signaalin voimakuus, satelliittien kulloinenkin kunto ja sekaannuksen riski heijastuvien signaalien kanssa eli ns. monipolkuvaikutus (multi-path effect).

Differentiaalinen GNSS sentin tarkkaan paikannukseen

Erittäin suuren tarkkuuden paikannukseen esimerkiksi tuhoaineiden käytössä maataloudessa, näin saavutettu tarkkuus ei riitä. Näihin sovelluksiin suositellaan differentiaalipaikannusta (DGNSS, Differential GNSS). Siinä käytetään tiedettyä referenssipistettä – kuten maatila – vaikkapa traktorista havaitun sijainnin lisäksi. Tämän ansiosta järjestelmän mittausepätarkkuudet voidaan määritellä suhteellisen tarkasti. Traktorin navigointilaite vastaanottaa tämän epätarkkuusdatan langattomasti ja sen jälkeen korjaa omaa paikkatietoaan saman epätarkkuuden mukaisesti, säätäen satelliittien arvoja niin, että tarkkuudessa päästään senttimetritasolle.

Avoimet GNSS-järjestelmät ovat turvallisuusriski

Tarkkuus on nähtävästi vähemmän tärkeää autojen navigointijärjestelmissä. Jos GPS-laite kertoo, että kuskin täytyy kääntyä 50 metrin päästä, ei hän välitä siitä, onko risteys 45 vai 55 metrin päässä. Itseajavat autot ovat kokonaan toinen juttu. Logiikkavertailu tutkan anturien ja videokuvan analyysin kanssa ovat ehdottoman välttämättömiä, osin toisesta syystä: GPS, Glonassa ja Beidou ovat avoimia ja siksi salaamattomia signaaleja. Tämä tekee vastaanotosta helpompaa, mutta tarkoittaa myös, että signaalit voidaan kaapata ilman suurta työtä. Vastaanotin saattaa esimerkiksi tietämättään vastaanottaa paikannussignaaleja lähettimestä, joka väärentää satelliittisignaalin. Galileo on tällä hetkellä ainoa GNSS-järjestelmä, joka mahdollistaa signaaliensa autentikoinnin, mikä estää hakkeroinnin.

Optimaalista paikannusta

Saavuttaakseen maksimaalisen nopeuden, tarkkuuden ja turvallisuus paikannusvastaanottimien pitäisi samanaikaisesti vastaanottaa ja prosessoida signaaleja useista järjestelmistä, mihin esimerkiksi Telitin SE868-V3 -moduuli pystyy. Oletusasetuksissaan moduuli hyväksyy aina kaikki GNSS-signaalit ja hyödyntää niistä parasta pitääkseen ajan tasalla olevan paikkatiedon.

Kuva: Telitin SE868-V3 on GNSS-moduuli, joka vastaanottaa ja prosessoi signaaleita useista järjestelmistä samanaikaisesti. Tämä tuo paikannukseen maksimaalisen nopeuden, tarkkuuden ja turvallisuuden.

On kuitenkin tilanteita, joissa joitakin GNSS-järjestelmiä ei pitäisi käyttää paikan tunnistamiseen, kuten sodissa, joissa järjestelmä on hyökkäyksen kohteena tai tilanteissa, joissa signaalia tunnetusti häiritään ja joissa GNSS-järjestelmässä on tekninen vika tai se toimii muusta syystä väärin. Laitevalmistajien pitäisi pystyä joka tilanteessa poistamaan tällaiset järjestelmät käytöstä. Ilmateitse tapahtuvat FOTA-päivitykset (Firmware Over-the-Air) antavat mahdollisuuden uudelleenohjelmoida vastaanottimia vuosia myynnin jälkeen, joten niissä voidaan esimerkiksi käyttää vain Galileo-signaaleja tai mitä tahansa käytettävissä olevaa järjestelmien yhdistelmää.

GPS-laitteissa on tärkeää pystyä käsittelemään myös viikkonumeroiden nollaantuminen (week rollover), joka tapahtuu aina 1024 viikon välein. Tällöin GPS resetoi viikkolaskurin, minkä takia jotkut laitteet eivät enää pysty määrittelemään päivämäärää oikein. Sovelluksesta riippuen tämä voi saada aikaan sen, että päätelaitteesta tulee käytännössä käyttökelvoton. Rutronikin teknisen suunnittelun yhteisöalustalla jakelija informoi asiakkaitaan siitä, miten eri piirit ja moduulit suhtautuvat viikkonumeroiden nollaantumiseen ja miten niissä voidaan välttää ongelmia, ehkäpä FOTA-päivitysten avulla: https://rutronik-tec.com/gps-week-rollover-2019/.

FOTA edellyttää internet-yhteyttä

FOTA-päivityksiä varten laitteiden pitää olla kytkettynä internetiin. Sovelluksesta riippuen tämä voi tapahtua langattomasti WiFi-reitittimen välityksellä tai älypuhelimen Bluetooth-yhteyden kautta. Useimmat integroidulla paikannuksella varustetut laitteet vaativat kuitenkin dedikoidun yhteyden matkapuhelinverkkoon.

Saksassa uusi NB-IoT on jo riittävän nopea tähän tarkoitukseen. Verkon peitto on pian saatu valmiiksi. Nopeasti liikkuvissa laitteissa tämä teknologia ei kuitenkaan ole ihanteellinen valinta, sillä siirtyminen toiseen verkon soluun voi tuoda teknisiä haasteita. Tässä tapauksessa LTE-M on suositeltava valinta ja joka tapauksessa hyvä vaihtoehto muissa maissa, kun operaattorit jatkavat verkkojensa kehitystä. Myös energiakulutus ja datanopeus ovat korkeampia LTE-M:ssä.

Perinteinen LTE on varma valinta kaikkialla, esimerkiksi kategoriat 4 tai 6. Nämä poistavat ongelmat datansiirtonopeuksien ja solujen vaihtumisen kohdalta, sillä LTE on suunniteltu käytettäväksi multimedian striimaamiseen moottoritiematkalla. Euroopan verkkojen peiton jatkokehitys johtaa siihen, ettei kuolleita alueita jää, sillä esimerkiksi Saksassa 5G-toimilupiin on kirjattu vaatimus kattaa kaikkia alueet verkolla. Matkapuhelinverkkojen toisesta sukupolvesta eli GPRS:stä ja EDGE:stä tulee myös luotettavampia tulevina vuosina. Vain 3G-standardien eli UMTS:n ja HSPA:n täytyy vapauttaa taajuuksiaan uusille verkoille, mikäli sitä ei ole jo tehty.

Satelliiteilla on myös pian oma roolinsa internet-yhteyksien luomisessa. Matalan kiertoradan mikrosatelliittien avulla on mahdollistaa muodostaa uusia verkkoja maanpäällisten mobiiliverkkojen vaihtoehdoksi. Niiden avulla voidaan poistaa kuolleita alueita nopeasti ja tuoda vastaanoton sinne, missä on teknisesti liian monimutkaista tai taloudellisesti liian kallista tarjota LTE- tai 5G-yhteyksiä, kuten merellä, vuoristoseuduilla tai autiomaissa. Monet startupit työskentelevät jo kehittääkseen omia satelliittiverkkojaan telematiikka- ja telemetriadatan siirtoon.