WAAS/Egnos - varför det?
10. november 2004 av Anders Persson

När det amerikanska satellitnavigeringssystemet togs i drift, var noggrannheten inte så god. Fel på hundratals meter var inte ovanliga. Men med GPS har vi vanliga konsumenter de sista åren kunnat få tillgång till positionsdata, närsomhelst och varsomhelst, med en noggrannhet på 5-15 meter när. Förändringen inträffade 2000-05-02, efter det att dåvarande amerikanske presidenten Clinton gav order om att stänga av Selective Availability (SA). Tidigare hade SA lagt till en artificiell störning på signalerna till GPS-systemet, så att noggrannheten för civila användare skulle vara sämre än för den amerikanska militären. Därmed skulle också eventuella fiender till amerikanerna ha sämre precision, eftersom de inte heller hade tillgång till de speciella mottagare, som krävs för att ta emot den militära, oförstörda signalen. Så länge SA var aktivt, kunde positionen vandra iväg hundra meter hit eller dit, på ett slumpmässigt sätt.

Men i och med införandet av differentiell GPS (DGPS), blev SA överspelat. Det kunde ändå lätt kompenseras bort. Inte av civila användare kanske, men åtminstone av verkliga och inbillade militära fiender. Alltså fanns det inte längre något motiv för att hålla kvar vid ett system som bara krånglade till det för civila användare, när det ändå inte gjorde någon nytta mot de fiender som man ville ställa till problem för.

Differentiellt
Vad är då differentiell GPS? Enkelt uttryckt är det ett system som registrerar skillnaden (differensen) mellan den uppmätta och den verkliga positionen, och sedan drar bort den skillnaden innan positionen visas på mottagarens display. Då kan man trolla bort en del mätfel, och alltså få en ännu bättre noggrannhet.

För att veta hur stor skillnaden är mellan uppmätt och verklig position, måste man ha mottagare som står fast på noggrannt bestämda platser på marken. Dessa mottagare kan då jämföra sin egen, väl kända, position med den som de räknar fram med hjälp av satelliterna. På så sätt kan de exempelvis konstatera att "idag ligger vi 6,7 meter åt nordväst". Sedan gäller det att få ut denna korrigeringsinformation till de vanliga, rörliga mottagarna. Dessa ska ju också få veta att alla positioner ska flyttas 6,7 meter åt sydöst, för att bli rätt, eller åtminstone rättare. Denna informationsöverföring gjordes traditionellt via radiosändare som placerades på marken. Ett sådant system fungerar bra för exempelvis kustsjöfarten, då radiosignalerna har ganska lång räckvidd över vatten. Dessutom är det inte några större problem att släpa med sig den extra antenn som behövs för att ta emot korrigeringssignalerna på ett fartyg. FM-bandet för vanlig rundradio är ett av de system som utnyttjas för att distribuera differentiella data till mottagarna.

Satellitbaserat
Men till en handhållen enhet vill man inte ha med sig en antenn för FM-bandet utöver den GPS-antenn som redan är inbyggd i mottagaren (eller eventuellt en extern GPS-antenn, om man behöver placera den på en bättre plats än i handen). För att komma runt detta problem har man implementerat ett satellitbaserat system för differentiell korrigering, Satellite Based Augmentation System (SBAS), i USA. Detta system går under benämningen Wide Area Augmentation System (WAAS). Det är i första hand avsett för flyget, men kan även användas till sjöss och på land, under vissa förutsättningar.

Funktionsprincipen är densamma som för traditionella differentiella system. Det finns fasta referensstationer på marken, som mäter sin position och jämför den med den kända positionen för mottagaren. Skillnaden ligger i distributionssättet för den differentiella informationen. Här skickas den istället upp till en extra satellit, som sedan skickar ner informationen till din mottagare. Då används alltså samma frekvens som för alla andra signaler från satelliterna, vilket innebär att samma antenn kan användas för mottagningen. Den information du får innehåller då korrigeringsdata för de vanliga satelliterna. Ibland kan den innehålla korrigeringar för tilläggssatelliten själv också, i de fall då den kan användas för positionering.

I Europa har nu European Space Agency (ESA) sjösatt - om man nu kan säga så om något som skickas upp i rymden - ett motsvarande system. Detta kallas European Geostationary Navigational Overlay System (Egnos). Systemet är kompatibelt med WAAS, så att mottagare som kan använda det ena systemet, kan också ta nytta av det andra.

Gemensamt för WAAS och Egnos är att differentiella data skickas ner från satelliter, speciellt avsedda för detta ändamål. För att få den högre noggrannhet som principen kan leverera, finns ett antal referensstationer på marken i Europa. Mottagarna kan automatiskt känna av om de befinner sig inom det område där korrigeringsdata är relevanta. Det förhindrar att mottagaren använder data från WAAS, om man råkar snappa upp dessa i Europa. Något som är tekniskt möjligt på vissa platser.

Satelliterna för Egnos ligger i geostationära banor, precis som TV-satelliter. Anledningen till detta är att man vill ha ständig tillgång till korrigeringsdata. Med denna typ av banor försvinner dessa satelliter aldrig under horisonten. Att korrigeringssatelliterna är geostationära innebär att de står ganska lågt på himlen, sett från Norden. Sådana banor måste nämligen ligga rakt över ekvatorn. Dessutom medför den banan att dessa satelliter är 36000 km över jorden, jämfört med 22000 km för de vanliga satelliterna. Dessa avverkar två varv runt jorden varje dygn, därav den lägre höjden. En geostationär satellit snurrar naturligtvis ett varv om dygnet, då den ska följa med jordens rotation, och därmed se ut som om den står stilla på himlen. Sammantaget gör detta att mottagning av Egnos ofta är omöjligt på marken, där träd, hus och andra föremål blockerar signalerna. För det primära ändamålet, användning i flygplan, spelar detta naturligtvis ingen roll. Likaså till sjöss brukar det gå bra. Där är det dock så, att där det behövs som minst, alltså på öppna havet, går det som bäst. I trånga sund, mellan höga och bergiga öar, kan det vara svårt att ta in Egnos. Åtminstone om man inte har en hög rigg att sätta antennen i.

Integritet
Att den tänkta applikationen för Egnos (och WAAS) främst är för trafikflyget avspeglar sig också i de egenskaper som dessa system har för att garantera integriteten i den utsända informationen. För det "vanliga" GPS kan det gå flera minuter, innan eventuellt felaktig information från en satellit indikeras som opålitlig. Detta kan naturligtvis vara fatalt för ett flygplan under inflygning. Med Egnos garanteras att eventuella felaktigheter meddelas inom sex sekunder. Egnos ger alltså inte bara bättre noggrannhet, utan även en förbättrad säkerhet i positioneringen.

Drifttagning
Egnos har nu under en längre tid testats, med varierande resultat. Att systemet körs i testläge innebär att det inte finns några garantier för att sändningar pågår kontinuerligt. Inte heller garanteras riktigheten i de signaler som sänds ut. När detta skrivs, i november 2004, är det dock vanligtvis så, att när man väl kan ta emot några korrigeringssignaler, ger dessa en förbättrad noggrannhet. Planerad start av systemet i full drift har redan passerats flera gånger, som det så ofta är med den här typen av projekt. Det senaste angivna startdatumet är nu ”början av 2005”. Om det inträffar i verkligheten återstår att se.

Nyttovärde
Egnos ger alltså en bättre noggrannhet samt en större datasäkerhet än konventionell GPS. Om man som användare har någon nytta av detta eller ej, beror naturligtvis på vad man använder sin GPS till. Själva den ökade noggrannheten är naturligtvis inte till någon nackdel, men har heller ingen större betydelse i vissa applikationer. Om man exempelvis använder sin GPS i bilen, och denna GPS är tänkt för den typen av användning, har den i regel en funktion som ”fuskar” in positionen på vägen, även om mätningen ger vid handen att man färdas några meter vid sidan om denna väg. Kartmaterialet (som ofta kommer från Navteq) har en noggrannhet på ungefär tio meter när. En bättre noggrannhet i positionsbestämningen är alltså meningslös, om man ska kontrollera sin position mot en sådan kartbild.

Ute på fritt vatten, i en båt, har man heller ingen nytta av den ökade noggrannheten. Det finns ju ändå ingenting att kollidera med, inget som man kan se på en GPS i alla fall.

I tät skog har man ofta inte heller någon nytta av Egnos, då det vanligtvis inte går att ta emot där. Däremot är nyttan av Egnos naturligtvis självklar i ett flygplan, både för noggrannheten och säkerhetens skull. Vid de fall då man, som användare av en handhållen GPS för privat bruk, har nytta av Egnos, är om man behöver leta upp en viss punkt. Under förutsättning att mottagning finns för Egnos (givetvis), får man då ofta inte bara en bättre noggrannhet, utan framförallt mindre vandring i positionen. Alla vanliga GPS ”driver omkring” i positionen, trots att man låter dem ligga stilla. Men denna förflyttning, som alltså är ett rent mätfel – den har ingen motsvarighet i verkligheten, har en tendens att vara mindre omfattande när man kan ta emot Egnos. Så även i applikationer där man ska leta upp en viss punkt, måhända uppmätt med en mottagare som inte använde Egnos, och alltså inte så särdeles noggrant känd, kan Egnos göra det tydligare var man har centrum för det område som man bör söka igenom. En typisk applikation av denna karaktär är geocaching.

Sammanfattningsvis kan man säga, att om Egnos väl går att ta emot, ger det en position som ”fladdrar omkring” i mindre grad än med vanlig GPS. Vilket naturligtvis är en förbättring för de flesta användningsområden.