Realizacja projektu radionawigacyjnego R-Mode Baltic

Logo projektu R-ModeUrząd Morski w Gdyni bierze udział w realizacji projektu radionawigacyjnego R-Mode Baltic (Ranging Mode for the Baltic Sea), finansowanego w 85% z funduszy UE Interreg Baltic Sea Region, mającego na celu stworzenie alternatywy dla nawigacji satelitarnej GNSS (Global Navigation Satellite Systems) w oparciu o radionamiary na punkty naziemne. Nowy system o nazwie R-Mode ma wykorzystywać istniejącą infrastrukturę i urządzenia nadbrzeżne systemów DGPS (Differential Global Positioning System) oraz AIS (Automatic Identification System), by w razie potrzeby, czyli awarii GNSS, nadaktywności słońca lub ataku terrorystycznego móc przynajmniej w jakimś stopniu zastąpić nim system satelitarny. Pierwsze próby morskie z udziałem polskiej stacji DGPS Rozewie zostały już przeprowadzone w tym roku na wodach Bałtyku Południowego, z pokładu szwedzkiego statku m/s Fyrbyggaren.

W dniach 3-6 sierpnia br. na stacji DGPS Rozewie przebywała grupa ekspertów międzynarodowych z Polski i Niemiec, w tym przedstawicieli Pionu Oznakowania Nawigacyjnego Urzędu Morskiego w Gdyni.  Przeprowadzono prace w celu dostosowania sprzętowego tej stacji do wymagań, jakie stawia specyfikacja sygnałów opracowana m.in. przez naszych specjalistów w ramach projektu. Zainstalowano dodatkowe urządzenia – modulator sygnałów pasma MF R-Mode oraz atomowy (rubidowy) wzorzec czasu i częstotliwości.  Całość została zestrojona na częstotliwości pracy stacji DGPS Rozewie 301 kHz. ( Fot.1 ).

Rys. 1 Widok zamontowanych urządzeń R-Mode i DGPS stacji Rozewie.

Fot. 1 Widok zamontowanych urządzeń R-Mode i DGPS stacji Rozewie.

Powyższe działania zostały podjęte w celu przygotowania stacji DGPS – jednej z siedmiu wytypowanych na Morzu Bałtyckim, do przeprowadzenia prób morskich.  Celem  było praktyczne  sprawdzenie  zasięgów sygnałów radiowych, ich detekcji i określenia pozycji geograficznej statku oraz jej dokładności. Szwedzki statek hydrograficzny m/s Fyrbyggaren na przełomie sierpnia i września 2020 r. wykonał rejs badawczy z prototypowymi odbiornikami R-Mode na pokładzie. Na mapie poniżej pokazano obszar Bałtyku Południowego i trasę  rejsu pomiarowego.

Rys. 2  Bałtyckie stacje DGPS zmodyfikowane do wymagań  R-Mode oraz trasa statku badawczego m/s Fyrbyggaren w dniach od 28.08-1.09. 2020 r.

Rys. 2  Bałtyckie stacje DGPS zmodyfikowane do wymagań  R-Mode oraz trasa statku badawczego m/s Fyrbyggaren w dniach od 28.08-1.09. 2020

Pomiary morskie były poprzedzone fazą analiz teoretycznych i symulacji komputerowych, wykonanych dla Bałtyku przez brytyjskich naukowców na zlecenie organizacji GLA (General Lighthouse Authorities) i lidera projektu DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – niemiecka agencja kosmiczna). Na ich podstawie wyznaczono strefę Bałtyku Południowego, w której istniejąca infrastruktura stacji brzegowych DGPS zapewni korzystną konfigurację geometryczną  dla propagacji fal radiowych pasma MF zarówno w dzień, jak i w nocy. Wybrane stacje bałtyckie DGPS zostały tak zmodyfikowane, aby nie naruszać ich podstawowej funkcji emisji radiowej poprawek do systemu GPS. Specjalnie zaprojektowany  sygnał R-Mode mieści się w standardzie pasma  ITU (International Telecommunication Union)  i dodatkowo zawiera w sobie nośne umożliwiające pomiar odległości (R-range) pomiędzy statkiem, a stacją nadawczą. Zmierzone widmo częstotliwości sygnału R-Mode w eterze pokazano na rysunku poniżej.

Rys. 3  Widmo radiowe sygnału R-Mode/DGPS stacji Rozewie. Nośne 2 i 3 umożliwiają pomiar odległości R od stacji nadawczej.

Rys. 3  Widmo radiowe sygnału R-Mode/DGPS stacji Rozewie. Nośne 2 i 3 umożliwiają pomiar odległości R od stacji nadawczej

Próby morskie wykazały, ze komputerowy odbiornik R-Mode z pomiarem fazowym, przy wykorzystaniu pasma fal średnich (MF), umożliwia uzyskanie dokładności pomiaru odległości lepszych niż 10 m w porze dziennej.  W trakcie rejsu badawczego wzdłuż wybrzeża polskiego uzyskano dokładności pozycji geograficznej, potwierdzające założenia systemu R-Mode i jego przydatność nawigacyjną jako systemu back-up do współczesnych systemów satelitarnych.

Rys. 4 Trasa rejsu pomiarowego w obszarze polskiego wybrzeża, manewry na Zatoce  Gdańskiej.

Rys. 4 Trasa rejsu pomiarowego w obszarze polskiego wybrzeża, manewry na Zatoce  Gdańskiej

Poza Europą, prowadzone są również  podobne próby systemu R-Mode w Chinach i w Kanadzie. Prognozuje się, że w skali globu, będzie on poważną alternatywą dla systemów satelitarnych i umożliwi przyszłościowe  wykorzystanie posiadanej naziemnej infrastruktury systemów różnicowych DGNSS.

Więcej o projekcie: https://projects.interreg-baltic.eu/projects/r-mode-baltic-90.html