satelliittinavigointi

GPS-signaalissa oli selviä poikkeamia Syyrian sotilasiskujen aikaan

Ti, 05/08/2018 - 09:18 Toimitus
Risteilyohjus. Kuva: Yhdysvaltain ilmavoimat

Suomalaistutkijat havaitsivat GPS-signaalissa muutoksia USA:n ja sen liittolaisten sotilasoperaation aikana. Se ei ole yllättävää, sillä GPS on alunperin Yhdysvaltain sotilaallinen järjestelmä ja erilaisia poikkeamia normaalista on havaittu aikaisemminkin sotatoimien aikaan.

Eräs Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen perustehtävistä on koordinaatti- ja korkeusjärjestelmien luominen ja ylläpito Suomessa. Osana tätä toimintaa on seurata erilaisia tekniikoita, jotka tukevat paikannuspalveluita.

Nykyisin lukuisat yhteiskunnan infrastruktuurit ovat riippuvaisia satelliittipaikannuksen tuottamasta paikasta tai ajasta, joten sen toiminnan tarkkailu on tärkeää.

Niinpä suomalaistutkijatkin pitävät silmällä koko ajan GPS-signaalia.

Kun USA ja sen liittolaiset suorittivat sotilasoperaation Syyrian alueella 13. – 17. huhtikuuta, havaittiin suomalaisillakin mittalaitteilla GPS-signaalin voimakkuudessa olennaisia muutoksia.

Tuona ajankohtana  USA:n armeijan käyttämä salattu GPS L2 -signaali oli vahvempi, jolloin se toimii paremmin haastavissa ympäristöissä kuten kaupungeissa. 

Samalla avoimen normaalikäyttöön tarkoitetun siviilisignaalin voimakkuus heikkeni. Jos konfliktin aikaan tuntui siltä, että auton GPS toimi tavallista hitaammin, niin tässä on siihen selitys.

Nykyaikainen sodankäynti luottaa paljon satelliittipaikannukseen, sillä risteilyohjusten ja miehittämättömien lentolaitteiden lisäksi jopa lentokoneista pudotettavat pommit suuntaavat kohti maalejaan GPS:n avulla.

Sen vuoksi satelliittipaikannusta koetetaan sotatoimialueilla häiritä, tai kuten tässä tapauksessa, signaalin voimakkuutta tietoisesti nostettiin, jotta sen häirintä olisi hankalampaa ja jotta signaalia voitaisiin ottaa vastaan hankalammissa olosuhteissakin.

Signaalimuutokset havaittiin siis myös täällä Suomessa.

Voimitstunut signaali. Kuva: Octavian Andrei
Kuva: Octavian Andrei

”Signaalin voimistuminen on itse asiassa positiivinen asia. Tavoitteena oli parantaa sotilasvastaanottimien toimivuutta, mutta samalla myös ammattikäyttöisten vastaanottimien signaali parani. Tällaisia vastaanottimia käytetään esimerkiksi rakennustyömailla ja maanmittauksessa”, toteaa vanhempi tutkija Octavian Andrei.

Havainnot tehtiin Suomessa sijaitsevilla havaintoasemilla. Havaintoasemat muodostavat Maanmittauslaitoksen ylläpitämän valtakunnallisen FinnRef-verkon. Verkon tukiasemat on varustettu moderneilla paikannusvastaanottimilla, jotka pystyvät vastaanottamaan kaikkien paikannusjärjestelmien signaaleja.

”FinnRef-verkon avulla voimme monitoroida kaikkien paikannussatelliittien signaaleja. Monitorointi on välttämätöntä, koska signaalin laatu vaikuttaa suoraan paikannuksen laatuun ja luotettavuuteen”, kertoo Vertausjärjestelmät-tutkimusryhmän johtaja Hannu Koivula Maanmittauslaitoksen tiedotteessa (mihin tämä juttu perustuu).

Intialaisraketti lensi ongelmitta viime yönä – teki samalla oharit suomalaisille

To, 04/12/2018 - 11:32 Jari Mäkinen
PSLV-C41:n laukaisu. Kuva:ISRO

Intialainen PSLV-kantoraketti vei viime yönä Suomen aikaa avaruuteen Intian oman navigaatiosatelliitin. Suomi 100 -satelliitin matka avaruuteen siirtyi taas eteenpäin.

Kyseessä oli jo toinen satelliittilaukaisu Intiasta kahden viikon sisään.

Edellisellä lennolla, jolla käytettiin voimakkaampaa GSLV-rakettia, kyydissä ollut tietoliikennesatelliitti on edelleen mykkänä avaruudessa. Pian ongelmien ilmaantumisen jälkeen oli ilmassa epäilys siitä, että intialaiset odottelisivat vähän aikaa ja tutkisivat onnettomuuden syytä, mutta näin ei käynyt; rakettia ei epäilty ongelmista, ja nyt laukaistu satelliitti on sekin erilainen.

Yöllä klo  01.34 Suomen aikaa laukaistu IRNSS 1I -satelliitti on myös strategisesti hyvin tärkeä Intialle, sillä se täydentää Intian omaa satelliittinavigointisysteemiä, joka tunnetaan nimellä NavIC (Indian Regional Navigation Satellite System). Satelliitti korvaa satelliitin, jonka laukaisu viime elokuussa epäonnistui, ja jonka piti korvata avaruudessa rikkoontunut satelliitti.

Elokuinen epäonnistunut laukaisu on myös pääsyyllinen siihen, että PSLV-rakettien laukaisut siirtyivät kuukausilla suunnitellusta eteenpäin. Tämä puolestaan johti siihen, että intialaiskyytiä jo viime vuoden lopussa odottanut Suomi 100 -satelliitti on edelleen Otaniemessä eikä avaruudessa.

Vielä jokin aika näytti siltä, että Suomi 100 -satelliitti, kuten myös suomalaisen avaruusyhtiö Reactor Space Labin Hello World olisivat päässeet matkaan tällä PSLV: n lennolla C41, mutta intialaiset vaihtoivat sen kuormaksi oman navigaatiosatelliittinsa.

Sen kiertorata on aivan erilainen kuin Suomi 100 -satelliitille halutaan. Se täytyy laukaista maapallon napojen kautta kulkevalle, noin 600 kilometrin korkeudessa olevalle polaariradalle, jotta se pystyisi tekemään havaintoja joka puolelta maapalloa ja lentämään myös Suomen ylitse.

IRNSS 1I vietiin radalle, jolta satelliitti pystyy parilla ratamuutoksella pääsemään suunnitellulle radalleen, joka on noin 35 000 kilometrin korkeudessa ja 29° kallellaan päiväntasaajan suhteen.

Intian omalaatuinen navigointisatelliittisysteemi

Satelliittipaikannus on nykyisin tärkeä osa maan omavaraisuutta, sillä monet arkiset toimet – sotilaskäytöstä puhumattakaan – käyttävät hyväkseen taivaalta satelliiteista tulevaa paikannussignaalia.

Siksi Yhdysvaltain puolustushallinnon alaisen GPS-järjestelmän rinnalle Euroopassa on tehty Galileo, Venäjällä GLONASS ja Kiinassa Beidou.

Intian systeemi poikkeaa näistä siten, että se on pienempi ja tarkoitettu varsin paikalliseksi. Tarkimmillaan NavIC onkin Intiassa ja sen ympäristössä.

IRNSS-satelliitit kartalla

NavIC:ssä on seitsemän satelliittia, joista kolme on geostationaariradalla noin 36 000 kilometrin korkeudessa. Siellä ne pysyvät koko ajan näennäisesti paikoillaan. Satelliitit on sijoitettu itäisten pituuspiirien 32,5°, 83° ja 131,5° kohdalle. 

Loput neljä satelliittia ovat geosynkronisella kiertoradalla. Sillä satelliitit tekevät maan pinnalta katsottuna kahdeksikon muotoista liikettä taivaalla siten, että ne ovat aina samassa paikassa samaan aikaan maapallon sideerisen pyörimisen mukaan; sideerinen aika, eli tähtiaika, on noin neljä minuuttia kuin normaalisti ajan mittaamisessa käytetty aurinkovuorokausi, koska yhden "tavallisen" vuorokauden aikana Maa ehtii jo kiertää noin asteen verran kaarevaa rataansa Auringon ympäri.

Radat ovat siis käteviä Intian paikannussatelliiteille, koska näin satelliitteja on koko ajan tarpeeksi näkyvissä horisontin yläpuolella koko Intian valtameren alueelta katsottuna.

IRNSS 1I:n laukaisun jälkeen systeemi on jälleen täydellinen ja siksi sen lähettäminen avaruuteen oli tärkeää Intialle.

Milloin Suomi 100 -satelliitti pääsee matkaan?

Kyseessä oli jo toinen PSLV-raketin laukaisu sitten viime elokuussa tapahtuneen epäonnistuneen lennon. Tähän mennessä PSLV-raketit ovat tehneet jo 43 lentoa ja niistä 41 on onnistunut hyvin – raketti on siis varsin luotettava tilastojen mukaan.

Viimeöisen laukaisun jälkeen intialaiset kertoivat, että loppuvuoden aikana ohjelmassa on kahdeksan laukaisua. Näistä yksi on maan voimakkaimman raketin, GSLV:n, uuden version koelento ja marraskuussa GSLV:n vanhempi versio sinkoaa kohti Kuuta Chandrayaan 2 -luotaimen.

Seuraavana laukaisuvuorossa on jälleen PSL, mutta lennon tarkasta ajankohdasta ja kuormasta ei ole vielä kerrottu mitään.

Ongelmana etenkin Suomi 100 -satelliitin kaltaisten nanosatelliittien kannalta on se, että tieto laukaisusta tulee monen välikäden kautta. Koska intialaiset ovat myyneet kyydin avaruuteen laukaisuvälittäjälle, joka puolestaan järjestelee asiakkaitaan kiireellisyysjärjestyksessä vapaille paikoille, ja koska Intialle nämä pikkusatelliitit ovat "vain" pieniä kanssamatkustajia, joutuvat niiden tekijät vain elämään epätietoisuuden varassa.

Niinpä nytkin Suomi 100 -satelliittitiimi on varautunut toimittamaan satelliitin koska tahansa Alankomaihin laukaisuvälittäjälle. 

Jos PSLV:n seuraava lento tehdään niin pian kuin mahdollista, tarkoittaa se laukaisua toukokuun alussa. Todennäköisemmin laukaisu on kuitenkin vasta kesäkuussa ja nyt vain toivotaan, että suomalaissatelliitit ovat silloin kyydissä.

*

Kirjoittaja on mukana Suomi 100 -satelliittitiimissä.

Galileo-paikannussysteemissä on yllättävä ongelma – syyttävä sormi osoittaa Sveitsiin

Ke, 01/18/2017 - 15:59 Jari Mäkinen

Eurooppalainen Galileo-satelliittipaikannussysteemi on ollut nyt pari kuukautta normaalikäytössä, mutta se kärsii yllättäen omalaatuisesta viasta: sen atomikelloissa on ollut häiriöitä, jotka ovat johtaneet systeemin käyttökatkoksiin.

Kun Euroopan avaruusjärjestön ESAn pääjohtaja Jan Wörner piti tänään perinteisen vuoden alussa olevan lehdistötapaamisensa, nousi yksi asia yli muiden: juuri käyttöön otettu Galileo-satelliittipaikannusjärjestelmä on kokenut pieniä ongelmia.

Tai ei ihan niin pieniä: sen tärkeimmät osat, erittäin tarkat atomikellot, ovat osoittautuneet hankaliksi. Yhdeksän niistä on jo hajonnut.

Avaruuteen on lähetetty tähän mennessä 20 Galileo-järjestelmään kuuluvaa satelliittia, joista kaksi ensimmäistä kokeellista satelliittia ei ole enää toiminnassa, kaksi on laukaisussa tapahtuneen häiriön vuoksi väärällä radalla ja yksi satelliiteista on lakannut toimimasta.  

Käytössä on siis 15 satelliittia, mutta kun kaksi toimivaa, nyt testikäytössä väärällä kiertoradalla olevaa satelliittia lasketaan mukaan, on Galileo-kelloja avaruudessa kaikkiaan 72.

Kellojen määrä on näin suuri, koska jokaisessa satelliitissa on neljä atomikelloa: kaksi vetymaser- ja kaksi rubiinikidekelloa. Kumpienkin kellojen pääurakoitsija on sveitsiläinen SpectraTime -yhtiö, joka on toimittanut samankaltaisia kelloja myös Kiinaan ja Intiaan satelliitteihin asennettavaksi.

Vikatapauksia on ollut kaikkiaan neljässä Galileo-satelliitissa olevissa kymmenessä kellossa. Näistä yksi vikaantunut kello on saatu toimimaan uudelleen normaalisti. Koska kussakin satelliitissa on useampia kelloja, ovat satelliitit voineet kuitenkin jatkaa toimintaansa.

Galileo-sateliittien kelloja näkyvissä satelliittien rakentamisen aikana. Kuva: ESA / SSTL

Omituinen ongelma

Kello-ongelman ratkaisu on vaikea, sillä vikoja on ollut kummassakin kellotyypissä, eikä samanlaisia vikoja ole tavattu testikelloissa Maan päällä. Kellojen rakenne on periaatteessa kunnollinen, eikä siinä ei ole havaittu epäkohtia. 

Sen sijaan on mahdollista, että jokin vähemmän tärkeä osa satelliiteissa olevissa kelloissa on rikki, tai kun sitä käytetään jollain tietyllä tavalla, se rikkoontuu. Laboratoriossa on pyritty käyttämään testikelloja eri tavoilla, jotta vika saataisiin aikaan, mutta tämä ei ole onnistunut. Kaikki ovat toimineet hyvin.

Jotta avaruuteen ei lähetettäisi enempää mahdollisesti vikaantuvilla kelloilla varustettuja satelliitteja, on seuraavien neljän Galileo-satelliitin laukaisua lykätty ainakin  kolmella kuukaudella. Laukaisu oli suunniteltu ensi kesän loppuun, elo- tai syyskuuksi.

Galileo-ohjelmasta vastaavat haluavat selvittää kellojen ongelmat ennen seuraavia laukaisuita ja luonnollisesti pyrkiä välttämään avaruudessa jo olevien satelliittien kellojen vikaantumisen käyttämällä niitä mahdollisimman hellästi.

Niinpä myös marraskuussa laukaistujen neljän satelliitin 16 kelloa pyritään testaamaan avaruudessa mahdollisimman tarkasti, ennen kuin nämä satelliitit alkavat työt täysipainoisesti.

Maan päällä vielä olevien, myöhemmin laukaistaviin satelliitteihin asennettavien kellojen osia voidaan vaihtaa, mutta avaruudessa se ei luonnollisestikaan ole mahdollista. Siksi tarkoitus on löytää tapa käyttää kelloja siten, etteivät ne menisi rikki. Esimerkiksi sähkövirran jännitettä ja satelliittien sisälämpötilaa voidaan säätää hieman.

Muiden paikannussatelliittijärjestelmien (kuten GPS ja Glonass) operaattorit eivät ole kertoneet julkisesti ongelmistaan, mutta tiettävästi niilläkin on ollut samankaltaisia hankaluuksia kellojen kanssa. Niistä on päästy eroon juuri mm. lämpötilaa ja jännitettä säätämällä.

Tarkemmin kellojen ongemista kerrotaan mm. SpaceIntel-sivustolla.

Otsikkokuva: ESA

Video: Galileo-satelliittipaikannusjärjestelmä viimeinkin käytössä

Tätä on todellakin odotettu: pitkään rakenteilla ollut, ja vielä pitempään suunniteltu eurooppalainen satelliittipaikannusjärjestelmä Galileo otettiin virallisesti käyttöön 14. joulukuuta.

Kiertoradoillaan olevat Galileo-satelliitit ovat jo usean vuoden ajan olleet koekäytössä ja niiden tarjoamaa paikannustietoa on voitu käyttää, mutta vain ajoittain. Siihen, että tarkka sijainti saadaan määritettyä jossain päin maapallolla, tarvitaan neljä horisontin yläpuolella olevaa satelliittia. Kun satelliitteja on ollut nykyistä vähemmän taivaalla, on paikannus onnistunut vain ajoittain, mutta nyt 18 kiertoradalla olevalla satelliitilla jatkuva kattavuus on jo niin hyvä, että palvelu on voitu avata kaikkien käytettäväksi.

Yllä oleva video näyttää palvelun kattamisen ensin 9 satelliitilla ja sitten 11 satelliitilla. Nyt 18 satelliitilla peitto on jo lähes täydellinen.

Yhä edelleenkin toisinaan paikkatiedon saamiseen saattaa mennä hieman pitempään kuin toisilla käytössä olevilla satelliittipaikannussysteemeillä, amerikkalaisella GPS:llä tai venäläisellä GLONASSilla. Eurooppalaissysteemin antama paikkatieto sen sijaan on ainakin teoreettisesti tarkempi ja se kattaa paremmin hyvin pohjoiset ja eteläiset alueet, koska satelliittien kiertoratojen kaltevuus päiväntasaajan suhteen on suurempi ja Galileo-satelliitit kiertävät Maata korkeammalla.

Lopulta Galileo-järjestelmässä on 24 satelliittia, sekä niille varasatelliitteja. Silloin palvelu toimii koko ajan lähes kaikkialla.

Galileo-systeemi palvelee kolmella eri tavalla. Sen suurelle yleisölle näkyvin osa on ns. avoin palvelu, mikä tarkoittaa GPS-tyyppistä paikannuspalvelua, jota voidaan käyttää niin matkapuhelimilla kuin muillakin Galileo-signaalia vastaanottavilla navigointilaitteilla, joita on esimerkiksi autoissa, veneissä, laivoissa ja lentokoneissa. Jo nyt uusimmissa matkapuhelimissa on paikannuspiiri, joka pystyy käyttämään myös Galileo-signaalia. Galileon käyttö aktivoidaan tosin useissa tapauksissa vasta myöhemmin ohjelmistopäivityksillä – mutta Galileo-järjestelmä on valmis tukemaan myös matkapuhelimia tästä alkaen.

95% tuotannossa olevista paikannuspiireistä voi käyttää jo hyväkseen Galileon signaalia.

Galieo-konstellaatio

Toinen Galileon palvelumoodi on suunnattu vain viranomaisille. Se käyttää salattua signaalia, jota voi ottaa vastaan vain erityisillä, esimerkiksi poliisin sekä turvallisuus- ja pelastusviranomaisten käytössä olevilla laitteilla.

Kolmas palvelu on jo pitkään käytössä olleen pelastusmajakkasysteemi Cospas-Sarsatin tuleminen. Monissa lentokoneissa ja laivoissa on hätätilanteessa aktivoituva majakka, jonka signaalin satelliitit nappaavat ja välittävät tiedon pelastusviranomaisille. Galileon avulla tieto hätätilanteesta saadaan nopeammin ja majakan sijainti saadaan määritettyä tarkemmin: viive saattaa olla nyt vain 10 minuuttia aikaisemman kolmen tunnin sijaan, ja tarkkuus paranee noin 10 kilometristä viiteen kilometriin. Uusimmat hätämajakat ovat jo niin pieniä, että myös retkeilijät voivat kantaa niitä mukanaan.

Paikannustiedon lisäksi Galileon tärkeä palvelu on tarkka aikasignaali. Paikannustekniikka vaatii erittäin tarkkoja, avaruudessa olevia atomikelloja, ja satelliittien signaalissa on mukana aina erittäin tarkka aikatieto. Näin ollen monia maanpäällisiä tarkkaa aikaa vaativia toimia voidaan varustaa Galileosta saatavalla aikaleimalla. Tällaisia ovat esimerkiksi kansainväliset rahasiirrot. Monilla paikkakunnilla käytetään pysäköintimittareissa myös satelliittiaikaa.

Galileon kellojen epätarkkuus on vain noin 10 sekunnin miljardisosaa.

Olennaista Galileossa on myös se, että se on siviilien johtama satelliittipaikannusjärjestelmä. GPS ja Glonass, sekä kiinalaisten Beidou, ovat sotilasjärjestelmiä, ja niiden julkinen palvelu saattaa kärsiä sotilaallisen tilanteen mukaan. Vaikka Galileollakin on sotilaallista käyttöä, on sen hallinta kuitenkin Euroopan komission alaisuudessa. Järjestelmää on tehty yhdessä EU:n ja Euroopan avaruusjärjestön kanssa, ja sen käytännön operointi siirtyy ensi vuonna perustettavalle eurooppalaiselle satelliittinavigaatiotoimistolle (European Global Navigation Satellite System Agency).

GPS-kaaoksen syy selvisi

Ma, 02/08/2016 - 13:52 Jari Mäkinen
GSP


Tammikuun lopussa Yhdysvaltain GPS-satelliittipaikannussysteemin aikakoodissa tapahtui hyppäys ja se sai aikaan ongelmia ympäri maailman. Ensinnä Suomessa Metsähovin radiotutkimusasemalla havaitun ongelman syy näyttää nyt selvinneen.


Pari viikkoa sitten tiistaina 26.01.2016 Aalto-yliopistoon kuuluvalla Metsähovin radiotutkimusasemalla havaittiin omituinen GPS-järjestelmän aikasignaalin hyppy. Virhe ei ollut suuri, vain 13 mikrosekuntia, mutta koska GPS-aikaa käytetään monien navigointiin liittymättömien palveluiden tukena, sai tämä aikaan runsaasti ongelmia. 

Se esimerkiksi vaiensi Iso-Britannian yleisradioyhtiön BBC:n digitaaliset DAB-radiolähetykset ja useat GPS-kellonaikaa hyväksikäyttäviin laitteisiin ja järjestelmiin erikoistuneet yritykset raportoivat ”kaaoksesta”, kun asiakkailta tulvi tukipyyntöjä GPS-laitteiden hälyttäessä aikavirheistä.

Kuten Metsähovin blogissa nyt kerrotaan, on tapahtumaketju aikahypyn taustalla nyt selvinnyt: osa systeemin satelliiteista lähetti virheellisiä UTC-ajan säätöparametreja GPS-vastaanottimiin. 

Kuten järjestelmän toiminnasta vastaava Yhdysvaltain ilmavoimat kertoo tiedotteessaan, ladattiin väärät parametrit satelliitteihin, jotka lähettävät "alkuperäistä" 1575,42 MHz:n signaalia (L1 C/A) joka muodostaa edelleenkin GPS:n siviilikäytön perustan. Lähes kaikki normaalikäytön navigointi- ja aikasovellukset perustuvat juuri tähän.

Metsähovin ja muiden asemien tekemien maailmanlaajuisten mittausten perusteella kuitenkin vain osa satelliiteista on lähettänyt virheellistä UTC-aikakorjaustietoa. Jos kaikkien satelliittien ”L1 C/A” -signaalissa olisi ollut 13 mikrosekuntia virheellinen aikakorjaustieto, miksi Metsähovin neljästä GPS-vastaanottimesta vain kolme ”harhautui”, ja nekin erillisinä vaihtelevina aikajaksoina tuon häiriön 12 tunnin kokonaiskeston aikana?

Luultavasti virheellinen 13 mikrosekunnin korjaustieto päätyikin tosiasiassa vain osaan satelliiteista, ehkäpä vanhimpiin. 

Tätä tukee se, että häiriötilanne alkoi noin kaksi tuntia sen jälkeen, kun ohjauskeskus oli (mielestään onnistuneesti) poistanut käytöstä vikaantuneen, satelliittiparven vanhimman, yli 25-vuotiaan PRN32/SVN23-satelliitin. Tämän operaation jälkeen satelliitteihin on hyvin todennäköisesti haluttu ladata tarkennettuja uusia parametreja ja kun satelliittikonstellaatio oli hieman muuttunut, oli virheiden todennäköisyys normaalia suurempi.

Metsähovin blogi kertoo vielä tarkemmin, että PRN32/SVN23 poistettiin käytöstä maanantaina 25.01.2016 klo 22:00 UTC-aikaa, mikä on GPS-ohjauskeskuksen sijaintipaikan Coloradon paikallisajassa kello 15:00 iltapäivällä, päivävuoron työpäivän loppuessa parin tunnin sisällä. Muuttuneiden satelliittiparametrien lataaminen tehtiin melko varmasti ”päivän päätteeksi” ennen kotiin lähtöä.

Ensimmäinen aikavirhe havaittiin Metsähovissa hieman kello 00:00 UTC jälkeen eli juurikin amerikkalaisen työpäivän päättymisaikaan kello 17.  Tässä vaiheessa kello Euroopassa on 02:00 aamuyöllä ja Suomessa 03:00.

Vieläkin tarkempi kuvaus tapahtumista on saksalaisen Meinberg GmbH -yhtiön nettisivuilta. Se ennätti yhdessä brittiläisen Chronos Technologyn kanssa ensimmäisinä kertomaan häiriöstä julkisesti ja arvelemaan häiriön mekanismia.

Tapaus oli itse asiassa hyvä muistutus siitä, miten avaruustekniikka vaikutta elämäämme nykyisin varsin konkreettisella tavalla – ja luonnollisesti myös siitä, miten pieni virhe saa nykyaikana helposti maailmanlaajuisia vaikutuksia.

Aiheuttiko satelliitin rikkoutuminen eilisen GPS-häiriön?

Ke, 01/27/2016 - 13:33 Jari Mäkinen
GPS-satelliitti


Kerroimme eilen Metsähovin radiotutkimusasemalla havaitusta omituisesta GPS-satellittipaikannusverkoston aikahäiriöstä Merja Tornikosken blogikirjoituksen pohjalta. Nyt tapauksesta on tullut lisätietoa: kenties syynä oli satelliitin rikkoutuminen.


Tornikoski jatkaa tänään Metsähovin Kuulumisia kuvun alta -blogissa eilisen GPS-kellonajan hyppäyksen selvittelyä toteamalla, että virheet vaikuttavat loppuneen ja että viimeinen Metsähovissa havaittu GPS-ajan hyppäys päättyi eilen noin kello 14:00  Suomen aikaa.

Eilen raportoituun verrattuna virhe tosin oli hieman pienempi: ajan hyppäyksen suuruus on oli lähempänä 13.0 mikrosekuntia kuin 13,7 mikrosekuntia — normaalissa toimintatilassa atomikellon ja GPS-ajan välillä pidetään mittaamista helpottavaa 0,7 mikrosekunnin aikaeroa, mikä sai aikaan raportoidun ajan hieman oikeaa suuremman arvon.

GPS-aikahyppelyn vahvistivat Metsähovin yhteistyöobservatoriot, mm. Arecibo Puerto Ricossa, Ny Ålesundin geo-VLBI-asema Huippuvuorilla, kolme radioteleskooppia Kiinasta, osa NRAO:n VLA- ja VLBA-teleskoopeista USA:ssa, Jodrell Bank Iso-Britanniassa, ATCA Australiassa sekä MPIfR Effelsbergissä Saksassa.

Yebesissä Espanjassa jyrkkiä aikahyppyjä ei havaittu, joskin sielläkin huomattiin signaalissa pieniä, normaaleiksi luokiteltavia tavanomaisesta eroavia aikamuutoksia. Kaikkiaan ongelma vaikuttaa siis esiintyneen maailmanlaajuisesti.

Nyttemmin aikahyppyyn on tullut yksi mahdollinen selitys, sillä Yhdysvaltain GPS-satelliittiverkostoa ylläpitävä NAVCEN-navigointikeskus on raportoinut julkisesti, että yksi GPS-satelliiteista vikaantui ja otettiin pois käytöstä.

Tosin Tornikosken mukaan raportissa kerrotut ajankohdat eivät vain tunnu täsmäävän havaintoihin, sillä raportin mukaan satelliitti olisi vikaantunut jo maanantaina 25.01.2016 kello 15:36 UTC-aikaa ja suljettu pois käytöstä jo 25.01.2016 kello 22:00. Tällöin Metsähovin GPS-valvonnassa ei havaittu minkäänlaisia häiriöitä.

Ensimmäinen aikahyppy esiintyy vasta kaksi tuntia satelliitin väitetyn sulkemisen jälkeen, ja hypyt jatkuvat siitä 12 tunnin ajan eli tiistain 26.01.2016 kello 12:00 UTC asti. Voihan toki olla, että satelliitti yritettiin sulkea 25.01.2016 22:00 UTC, mutta se ei ehkä täysin onnistunut, vaan se saattoi lähettää väärää kellonaikaa vielä 14 tuntia sulkemisyrityksen jälkeen.

Lopullista vastausta ei vikaantuminen siis anna, mutta se voi olla ainakin osasyynä häiriöihin.

Aikasignaalin virheet osoittavat jälleen kerran, että kriittisissä sovelluksissa on erittäin tärkeää käyttää rinnakkain kahta, toisistaan riippumatonsa satelliittipaikannusjärjestelmää, kuten esimerkiksi amerikkalaista GPS-systeemiä ja eurooppalaista Galileo-järjestelmää.

Merkittävä häiriö GPS-signaalissa

Ti, 01/26/2016 - 22:37 Jari Mäkinen

Aalto-yliopiston Metsähovin radiotutkimusaseman suunnittelema ja toteuttama vetymaser-atomikellon automaattinen valvontajärjestelmä hälytti GPS-satelliittipaikannuksen välittämän kellonajan hypänneen äkillisesti väärään aikaan nyt tiistaina 26. tammikuuta 2016 hieman puolenpäivän jälkeen.

Asiasta kerrotaan observatorion blogissa.

Tarkka aikatieto on erittäin olennainen osa satelliittipaikannusjärjestelmän toimintaa ja useat sovellukset (mm. kansainvälinen rahaliikenne) käyttää navigointijärjestelmän tarjoamaa aikatietoa toiminnassaan.

Metsähovista ilmoitettiin aikahäiriöstä muille radioastronomisille tutkimuslaitoksille he vahvistivat ilmiön omista valvontatiedoistaan.

Ilmiön taustalla oleva alkusyy ei ole vielä selvillä, mutta vikaantunut GPS-satelliitti tai sellaiseen sijoitettu atomikello ovat hyvin mahdollisia selityksiä. Auringon hiukkaspurkauksen aiheuttamasta satelliittivauriosta on tällä kertaa tuskin kyse, sillä Metsähovin aurinkovalvonnassa ei ole havaittu tavanomaista merkittävämpää aktiivisuutta.

Vaikka tämänkertainen kellonajan virhe oli suuruudeltaan ainoastaan 13,7 mikrosekuntia, mikään ei sulje pois suurempien tai yllättävämpien kellovirheiden mahdollisuutta.

GPS-kellonaikaa käytetään yhä enemmän järjestelmien automaattiseen tahdistamiseen ja mitä laajempaa käyttö on, sitä riippuvaisempia ollaan GPS-ajan ja paikannustarkkuuden virheettömyydestä.

Kuvat: Merja Tornikoski / Metsähovin radiotutkimusasema

Taas lisää Galileo-satelliitteja!



Eurooppalainen satelliittinavigaatiojärjestelmä Galileo täydentyy jälleen: nyt laukaisuvuorossa ovat jo satelliitit numeroiltaan 11 ja 12.

Niitä kuljettavan Sojuz-kantoraketin on tarkoitus lähteä matkaan tänään torstaina klo 13:51 Suomen aikaa Kouroun avaruuskeskuksesta.

Kyseessä on kuudes Galileo-järjestelmän satelliittien laukaisu ja jo kolmas tänä vuonna. Tämä on 13. Kouroun avaruuskeskuksesta laukaistava venäläinen Sojuz-raketti.

Lopullisessa Galileo-järjestelmässä on 30 satelliittia kolmella erilaisella kiertoradalla, jotta koko ajan joka puolelta maailmaa olisi muutama satelliitti näkyvissä horisontin yläpuolella. Näistä 24 on koko ajan käytössä ja kuusi satelliittia on varalla.

Nyt jo kolmasosa näistä satelliiteista on jo avaruudessa, kaksi lisää laukaistaan tänään ja 14 tulevaa satelliittia on jo eri vaiheissa valmistusta. 

Näiden kahden satelliitin jälkeen enää kaksi satelliittia lisää laukaistaan Sojuz-raketilla, joka pystyy viemään avaruuteen vain kaksi 700-kiloista satelliittia kerrallaan. Sen jälkeen laukaisuihin käytetään Ariane 5 -kantorakettia, joka pystyy kuljettamaan neljä yhdellä laukaisulla.

Näin satelliitteja saadaan taivaalle nykyistä tehokkaammin ja Galileo-järjestelmä saadaan käyttöön vuonna 2019, jos kaikki sujuu hyvin. Rajoitettu käyttö ja systeemin testaaminen alkoi jo viime vuonna ja jatkuu koko ajan paremmin sitä mukaan kun satelliittien määrä avaruudessa kasvaa.

Suomalainen HALI voittoisana

Ti, 10/27/2015 - 19:54 Jari Mäkinen
Voittajat

Satelliittinavigointi on osa arkista elämää ja tulee yhä olennaisemmaksi osaksi koko ajan.

Paikannustietojen käyttö tarjoaa myös aivan uusia mahdollisuuksia erilaisiin palveluihin - ja myös monenlaiseen tuottoisaan liiketoimeen. 

Siksi joka vuosi järjestetään Eurooppalainen satelliittinavigointikilpailu ESNC, joka eräs tehtävistä on juuri löytää aivan uudenlaisia tapoja käyttää navigointitietoja. 

Taustalla on osaltaan eurooppalaisen Galileo-navigaatiojärjestelmän käyttöönotto, joka tarjoaa pian amerikkalaista kilpailijaansa, alkuperäistä GPS-systeemiä tarkemman paikannusmahdollisuuden myös täällä pohjoisessa, mutta pääpaino on minkä tahansa navigaatiotiedon käyttö uudella tavalla. 

Erityisesti kilpailussa etsittiin sovelluksia ja ideoita, miten hyödyntää Galileo-satelliittijärjestelmän lähinnä viranomaisille rajattua PRS-palvelua.

Erikoispalkinto Ouluun

Voittajien joukossa on hyvinkin yllättäviä hankkeita. 

POSEIDRONKoko kilpailun voittajaksi valittiin espanjalaisryhmän suunnitelma kauko-ohjattavien lennokeiden ja nelikopterien käyttämisestä onnettomuustapauksissa etsintöihin ja pelastustoimiin. Tämä POSEIDRON-systeemi (piirros oikealla) luottaa pitkälti satelliittipaikannukseen ja pystyy toimimaan pitkiäkin aikoja hankalissa. 

Pääpalkinnon lisäksi viime viikolla Berliinissä pidetyssä konferenssissa annettiin myös erikoispalkintoja, joista yksi tuli Suomeen.

Oulussa kehitetyn HALI-järjestelmän koko nimi Always Green Traffic Signals for Emergency Vehicles kertoo jo mistä on kyse: se ohjaa automaattisesti liikennevalot vihreiksi, jolloin hälytysajoneuvot voivat ajaa kohteeseensa mahdollisimman nopeasti. 

Lisäksi matkanteko on turvallisempaa, koska punaisia päin ajaminen vähenee.



Palkinnon myötä HALI on ehdolla PRS-toiminnon hyödyntäjäksi ensimmäisten joukossa. Kansainvälisen pilottihankkeen valmistelu päätettiin aloittaa suomalais-saksalaisena yhteistyönä.

HALI toimii tällä hetkellä kaikissa Pohjois-Pohjanmaan ja Kainuun liikennevaloissa. Järjestelmää ollaan parhaillaan ottamassa käyttöön Tampereella. Kuopio on aloittamassa järjestelmän pystyttämisen ensi vuoden alussa.

Neuvottelut usean muun kaupungin kanssa ovat käynnissä, joista osa on myös Suomen rajojen ulkopuolella.

Seuraava versio HALI-järjestelmästä toteutetaan kansallisena TEKESin rahoittamassa CyberWI-hankkeessa, jonka jälkeen mikä tahansa kaupunki voi liittyä siihen helposti ja kustannustehokkaasti. 

Järjestelmä on avoin tuote viranomaisille ja avoin ekosysteemi yrityksille, jotka tekevät käytännön työn. HALI:sta voi tulla jopa standardin kaltainen tuote sekä hälytysajoneuvoihin että liikennevaloihin. 

HALI-palkintoOikealla olevassa kuvassa ovat Kalle Arola Elektro-Arola Oy:stä (vas.) ja Jukka Talvi Oulun kaupungilta (oik). Kuvaaja Anne Kreuz Fotografie.

Muut ryhmän jäsenet ovat Jukka-Pekka Alanissi Imtech Traffic & Infra Oy:stä, Antti Koponen Virve Tuotteet ja Palvelut Oy:stä ja Joni Jämsä Centria Ammattikorkeakoulusta. 

Muita jännittäviä ideoita

Oululaisten lisäksi viisi muuta tiimiä sai erikoispalkinnot.

Espanjalaissovellus käsitteli avointa “esineiden navigaatiosysteemiä”, joka olisi vähän kuin ns. esineiden internet, paitsi että tavarat tietäisivät koko ajan mikä on niiden sijainti.

Eräässä voittajasovelluksessa hahmoteltiin erittäin edullista, kompaktia, käyttäjäystävällistä reaaliaikaista paikannuslaitetta, joka kykenee senttimetrien paikannustarkkuuteen.

Saksalaisryhmä ideoi puolestaan myös veden alla toimivaa paikannussysteemiä, jolla on hauska nimi: MUPS, eli Mobile Underwater Positioning System.

Hollantilaiset puolestaan keksivät tavan, jolla sydäninfarktipotilaan tarkka sijainti saadaan nopeasti välitettyä ambulanssille.

Toinen ryhmä Alankomaista kaavaili pienten, edullisten paikannuslaitteiden käyttämistä Itä-Afrikassa kipeästi kaivattavan sateen ennustamiseen. Laitteet keräisivät tietoa ilmassa olevan, mahdollisesti satavan vesihöyryn määrästä

Artikkelissa on käytetty osalähteenä Oulun kaupungin tiedotetta.