My First Review

My first review Written by Cees Jongerius Monday, 17 July 2006 I have been asked to write an article for the Pocketinfo website about GPS and Galileo. It is in dutch.

GPS Het idee achter GPS kwam in 1957 met de lancering van de Russische satelliet Spoetnik. Amerikaanse wetenschappers volgde Spoetnik door het verschil in signaalreistijd te meten. Sinds de Tweedewereld oorlog maakte Amerika gebruik van radiogrondstations om hun vloot te lokaliseren en te helpen navigeren. Grondstations hadden verschillende nadelen: het eerste nadeel was dat de nauwkeurigheid verminderde naarmate hun reikwijdte groter werd. De grondstations gebruikte hoge frequenties voor betere nauwkeurigheid, maar hoge frequenties hebben een klein bereik omdat ze niet afbuigen in de atmosfeer. Lage frequenties zijn in staat wel af te buigen en hebben daarom een groter bereik, maar dit gaat ten koste van de nauwkeurigheid. Het tweede nadeel was dat grondstations kwetsbaar waren voor aanvallen. Het laatste nadeel van grondstations was dat raketten te snel vlogen om ze nauwkeurig te kunnen volgen en te navigeren naar hun doel. Dit kon leiden dat raketten hun doelen misten. Door deze ‘grondstations’ in de ruimte te plaatsen zou Amerika deze nadelen verhelpen. Satellieten hebben een zeer grote reikwijdte omdat ze een groot gezichtveld hebben op de Aarde. Hierdoor is het mogelijk om hoge frequenties te gebruikt worden om de nauwkeurigheid te vergroten. Het andere voordeel is dat, in die tijd geen enkel wapen een satelliet kon aanvallen. In 1973 werd de eerste NAVSTAR GPS satelliet gelanceerd en pas in 1994 was GPS volledig operationeel met 24 satellieten. Door de hoge nauwkeurigheid en de grote interesse vanuit de civiele markt voor GPS, was het Amerikaanse leger bang dat GPS tegen hen gebruikt zou kunnen worden. Om dit te voorkomen activeerde de ‘Departement of Defense (DoD)’ Selective Avaiabilty (SA). Het doel van SA was om de L1 frequenties van GPS satellieten te storen door ruis aan het GPS signaal toe te voegen. Dit zorgde ervoor dat de nauwkeurigheid van 10 meter naar 100 meter werd vergroot. Professionele gebruikers maakte gebruik van de L1 en L2 frequenties van GPS satellieten. Via de L2 frequenties waren professionele gebruikers instaat om de verstoring van SA te corrigeren en hiermee hun nauwkeurigheid te vergroten. Professionele ontvangers die beide frequentiebanden ontvangen kunnen tot één meter nauwkeurig zijn. Al snel waren bedrijven instaat om SA te meten en werden correctiecodes via radio en internet verspreidt zodat civiele ontvanger nauwkeuriger konden zijn ondanks dat SA was ingeschakeld. In mei 2000 tekende president Clinton dat SA uitgeschakeld zou worden. Sinds 1994 zijn er verschillende satellieten uitgevallen omdat hun technische levenduur was verlopen. Omdat de Amerikanen een ‘monopoly’ positie hadden, vervangende ze alleen satellieten als deze niet meer werkte. Sinds de komst van GALILEO worden GPS satellieten sneller vervangen. Momenteel wordt GPS Block II-R gelanceerd en zal ongeveer 2010 volledig operationeel zijn. Block II-R heeft een nauwkeurige atoomklok aanboord en zend een civiel signaal uit op de L2 frequenties, ook wel L2c frequentie genoemd. Dit verhoogt de nauwkeurigheid van civiele ontvangers omdat er twee signalen per satelliet ontvangen worden. In het begin van volgend jaar wordt Block II-F gelanceerd. Block II-F zal het derde civiel signaal uitzenden op de L5 frequentie en is speciaal bedoeld voor ‘Safety-of-Life’ (SoF) applicaties. SoF maakt het mogelijk voor vliegtuigen om dichter bij elkaar te vliegen en dit zal lijden door sneller vluchten (Point-to-Point vlucht mogelijk) en meer vluchten per luchthaven. Block II-F zal pas 2012 operationeel zijn. GPS Block III, ook wel GPS III genoemd, is een radicaal nieuw ontwerp van GPS. De grootste verschillen zijn dat GPS III een krachtiger signaal gaat uitzenden. Verder zal GPS III een andere ruimtebaan volgen waardoor landen op hoge Breedtegraden zoals Noorwegen, Zweden, enz., een betere dekking krijgen. Een andere eigenschap is dat GPS III kan samenwerken met het Europese GALILEO navigatie systeem door GPS’s L1 frequentie band samen te smelten met Galileo’s E1 frequentie band. Dit maakt het mogelijk voor producenten om goedkoop tweevoudige, ofwel dual, ontvangers te maken. Het voordeel voor consumenten is dat in plaats van 24 á 30 satellieten te ontvangen, ze nu 60 satellieten ontvangen. Dit zal de nauwkeurigheid vergroten vanwege de redundantie. Ontvangers berekenen van alle binnengekomen signalen de kwaliteit en de beste signalen worden gebruikt om de positie te berekenen. Verder controleren en corrigeren GPS III satellieten elkaars afwijkingen, zodat de nauwkeurigheid verzekerd blijft. GPS III zal pas rond 2020 of 2030 operationeel zijn.

GLONASS GLONASS is de Russische variant van GPS en was in 1996 volledig operationeel. Door de economische crisis in Rusland, leek het eind van GLONASS nabij. Ondanks dat GLONASS nauwkeuriger is dan GPS, is het grootste nadeel dat de satellieten een zeer korte levensduur (3 jaar) hebben, vergeleken met die van GPS (10 jaar). GLONASS is net zoals GPS een militair systeem dat voor civiele gebruikers openbaar is. Het grootste verschil tussen GLONASS en GPS is dat GLONASS een unieke frequentie gebruikt voor elke satelliet in plaats van een frequentieband zoals GPS. Tijdens de economische crisis was er geen geld voor nieuwe satellieten, hierdoor vielen GLONASS satellieten snel uit en werden niet vervangen. Rond 2000 waren nog maar acht satellieten operationeel, terwijl 24 minimaal nodig zijn om het systeem te kunnen gebruiken. Sinds enkele jaren is GLONASS hard bezig met een comeback en op dit moment zijn er zeker 15 satellieten operationeel. President Poetin wil rond 2012 dat GLONASS weer volledig operationeel is. GLONASS zal vooral voor Scandinavische landen belangrijk zijn omdat GLONASS een beter bereik heeft op hogere breedtegraden. Het is mogelijk voor consumenten om dual GPS/GLONASS ontvangers te kopen. De vraag is wat iemand bereidt is te betalen voor grotere nauwkeurigheid? Dual ontvangers zijn duurder dan normale ontvangers, maar wegen die kosten op tegen de vijf meter meer precisie voor bijvoorbeeld automobilisten?

WAAS / EGNOS Ondanks de nauwkeurigheid van GPS en GLONASS, was het nodig om beide systemen beter te corrigeren. Satellieten dreven vaak uit hun baan door de aantrekkingskracht van de Aarde of er waren kleine afwijkingen in hun interne atoomklok. Dit moest gecorrigeerd worden en daarom zijn twee vergrotingssystemen gelanceerd, WAAS voor het Amerikaanse Continent en EGNOS voor het Europese. WAAS en EGNOS bestaan elk uit drie Geostationaire satellieten die correctiesignalen uitzenden naar GPS/WAAS of GPS/GLONASS/EGNOS ontvangers. De meetstations van GPS en GLONASS meten in hoeverre een specifieke satelliet een afwijking vertoont. Als dit berekent is, wordt de correctiecode van die satelliet uitgezonden via WAAS of EGNOS. GALILEO en GPS III zullen zelf hun afwijkingen meten en corrigeren. Dit kan het einde betekenen voor WAAS en EGNOS, maar geruchten circuleren dat deze verrijkingssystemen gebruikt blijven worden, omdat hoge nauwkeurigheid voor sommige gebruikers gewenst is en hiervoor willen betalen.

GALILEO Het Europese antwoord op GPS, GALILEO is een project van ESA (de Europese NASA) en de Europese Unie. De redenen waarom GALILEO gelanceerd wordt zijn; om onafhankelijk te worden van de VS op technologisch, economisch en politiek gebied en om kennis binnen Europa te vergroten. Een andere reden voor GALILEO is de verwachte groei van transport binnen Europa. Rond 2020 zal er 20% meer transport bewegingen zijn op zowel wegen, waterwegen en luchtvaart. Het feit dat navigeren vaak met GPS gebeurt en dit totaal gecontroleerd wordt door het Amerikaanse leger, maakt dit de EU erg afhankelijk van Amerika. In tegenstelling tot GPS, zal GALILEO zich totaal richten op civiele gebruikers en onder civiel management vallen. Het GALILEO systeem zal 30 satellieten bevatten waarvan 6 op stand-by zullen staan ingeval een satelliet uitvalt. Momenteel is de GIOVA-A satelliet in de ruimte en het doel van GIOVA-A is om een test signaal voor GALILEO uit te zenden om zo de frequentieband veilig te stellen en te meten hoeveel ruimtestraling elke GALILEO satelliet zal krijgen. Eind van dit jaar wordt GIOVA-B gelanceerd en deze satelliet zal een GALILEO signaal uitzenden om te bekijken hoe informatie tussen zender en ontvanger zal verlopen. In tegenstelling tot wat sommige berichten hebben aangeven, zal GIOVA-A en GIOVA-B nog niet het echt GALILEO signaal uitzenden, omdat wetenschappers eerst willen testen welk signaalconfiguratie het beste werkt. In 2008 zal de eerste serie van GALILEO satellieten gelanceerd worden en ESA verwacht dat GALILEO in 2010 operationeel zal zijn. Op dit moment zijn China en Israel betrokken bij het GALILEO project en meer landen, zoals India en de voormalige Russische deelstaten zijn in bespreking over mogelijke toetreden. Indien het GALILEO project een succes is, zal dit niet alleen economisch goed zijn. Het zal de politieke relaties tussen de betrokken landen verbeteren wat weer kan leiden tot meer import en export van goederen en kennis. Verder zal Europa zijn naam vestigen en een serieuze partner worden voor Amerika. Tijdens een interview met Thales Navigation, ontdekte ik dat producenten nog niet warm lopen voor GALILEO. De ontwikkeling- en productiekosten voor een GALILEO ontvanger en een dual GPS/GALILEO ontvanger zullen erg hoog zijn. Dit komt omdat de vraag naar deze ontvangers eerst laag zal zijn. Naarmate de vraag vanuit de markt sterker wordt, kunnen producenten Economics-of-Scale toepassen. Dit houdt in dat productiekosten verminderen, naarmate meer geproduceerd zal worden en zal de kostprijs evenredig dalen. Automobilisten nemen 65% van de totale civiele navigatie markt voor hun rekening. Deze groep zal vermoedelijke niet snel warm lopen voor GALILEO. “Althans, wie wil er op dit moment €2000 betalen zodat hun auto navigatie systeem zowel op GPS als GALILEO werkt en hierdoor vijf meter nauwkeuriger is?” Thales Navigation verwacht dus ook dat pas rond 2020 - 2030 de grootste consumenten groep zal overstappen naar GPS/GALILEO (en misschien GLONASS) ontvangers. Persoonlijk deel ik de mening dat het een tijd zal duren voordat automobilisten zullen overstappen op GALILEO. Zolang de kosten hoger zijn dan de baten (hogere nauwkeurigheid) zullen consumenten gebruik maken van hun huidige navigatiesysteem. Consumenten zullen pas overstappen als de kosten evenredig of kleiner zijn dan de baten. Ik vermoed dat de eigenaar van GALILEO, de Galileo consortium, autofabriekanten en producenten van navigatiesystemen financieel zal steunen in ruil dat zij hun producten gereed maken om met GALILEO te kunnen werken. Als klanten een nieuwe auto kopen of leasen, zal de autonavigatie werken op zowel GPS en GALILEO voor dezelfde prijs. Deze manier van marketing wordt meer toegepast als strategie. Microsoft is hier een goed voorbeeld van. Door softwareontwikkelaars gratis software te verstrekken, komen er meer Microsoft Windows-based software op de markt. Dit maakt het voor de consument aantrekkelijk om het Windows Operating Systeem aan te schaffen om zo de software te kunnen gebruiken. Het doel van Windows is om met deze strategie zowel de klant als de producent afhankelijk te maken van het Windows platform. Deze zelfde strategie zal GPS, GLONASS en GALILEO toepassen om zo hun markt deel te verkrijgen. Volgens een onderzoek door Aron Pinker and Charles Smith was de satelliet navigatie markt goed voor een omzet van ongeveer €50 biljoen. Hoewel de inzet en risico’s groot zijn voor de drie navigatie platformen, kunnen de beloningen en winst het waard zijn.

Auteur: Cees Jongerius is momenteel student aan de Technische Universiteit van Delft voor het twee jaar Master of Science programma Management of Technology. Momenteel studeert hij af op het onderwerp GPS en GALILEO. Zijn interesse voor platform strategieën en Netwerk theorieën maken dit onderwerp een geschikt afstudeeropdracht. Voor verder informatie over de auteur of zijn onderwerp, zie www.ceesjongerius.nl Last Updated ( Wednesday, 19 July 2006 )