¿Qué es y cómo funciona IRNSS? El sistema de navegación por satélite de la India.

¿Qué es IRNSS?

IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) es un Sistema Regional de Navegación por Satélite independiente que está desarrollando la India

Fue diseñado para brindar un servicio preciso de información de posición a los usuarios en la India y en la región que se extiende hasta 1500 km de su límite, que es su área de servicio principal. Es totalmente planificado, establecido y controlado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO).

Orígenes

En el 2016 adquirió el nombre de NAVIC y actualmente este sistema basado en los sistemas GNSS solo da servicio al territorio de la India. El sistema IRNSS es similar al Sistema de Posicionamiento Global GPS proporcionará dos tipos de servicios, el Servicio de Posicionamiento Estándar (SPS) para todos los usuarios y el Servicio Restringido (RS), que será un servicio encriptado proporcionado solo a los usuarios autorizados. Se espera que el sistema IRNSS proporcione una precisión de posición de más de 20 m en el área de servicio principal. Otros sistemas de posicionamiento en vías de desarrollo es el Sistema GPS GALILEO desarrollado por la Unión Europea, aunque este último si pretende ofrecer un servicio Global de posicionamiento.

Arquitectura del Sistema IRNSS

La arquitectura del sistema IRNSS consiste principalmente en tres segmentos: Segmento Espacial, Segmento Terrestre y Segmento de usuario, similar a otras arquitecturas como el Sistema de Posicionamiento Regional QZSS desarrollador por Japón.

Segmento Espacial

La constelación de satélites IRNSS está diseñada mediante una combinación de satélites GSO e IGSO. La constelación espacial consta de 7 satélites, tres de los sietes satélites, están ubicados en orbitas geoestacionarias (GEO) a 32.5°, 83°, y 131.5° longitud Este. Aproximadamente a 36000 km sobre la superficie terrestre. Los 4 satélites artificiales restantes están en órbita geosincrónica inclinada (GSO). De los cuales 2 de ellos cruzaran el ecuador a 55° Este y dos a 111.75° Este. Los cuatros satélites GSO tienen un movimiento en forma de “8”.

Segmento de Control Terrestre IRNSS

El segmento terrestre es el responsable del mantenimiento y operación de la constelación de satélites del sistema IRNSS. El segmento terrestre comprende de las siguientes instalaciones:

• Centro de Navegación SRO (INC).
• Control de Facilidad Espacial (IRSCF).
• Estaciones de Monitoreo de Rango e Integridad (IRIMS).
• Centro de Sincronización de Red (IRNWT).
• Estaciones de Rango CDMA (IRCDR).
• Estación de Rango de Laser.
• Red de Comunicación de datos (IRDCN).

El INC establecido en el complejo Indian Deep Space Network (IDSN) en Byalalu realiza operaciones remotas y recopilaciones de datos con todas las estaciones terrestres. Se tiene distribuidio 17 IRIMS en todo el país para la determinación de la órbita y el modelado ionosférico. El rango CDMA se está llevando a cabo en las 4 estaciones IRCDR de forma regular para todos los satélites IRNSS. El IRNWT se ha establecido y proporciona la hora del sistema IRNSS con una precisión de 2 nanosegundos. El alcance del láser se está llevando a cabo con el apoyo de estaciones ILRS en todo el mundo.

Todos los parámetros de navegación como son las efemérides satelitales, correcciones de reloj, parámetros de integridad y parámetros secundarios, las correcciones de retardo, las compensaciones de tiempo UTC y otros parámetros GNSS, almanaque, mensaje de texto y orientación a tierra se generan y envían automáticamente a los satélites. EL IRDCN ha establecido enlaces terrestres y VSAT entre las estaciones terrestres.

Segmento Usuario

El segmento usuario consiste principalmente en:

• Receptor IRNSS de frecuencia única capaz de recibir señal SPS en frecuencia de banda L5 o S.
• Un receptor IRNSS de doble frecuencia capaz de recibir frecuencias de banda L5 y S.
• Un receptor compatible con IRNSS y otras señales GNSS.

Los receptores de frecuencia única y de doble frecuencia recibirán tanto el SPS, que se proporciona a todos los usuarios, como las señales RS que es un servicio cifrado y solo para usuarios autorizados.

El receptor de usuario IRNSS calcula su posición utilizado la información de tiempo incrustada en la señal de navegación, transmitida desde los satélites IRNSS. La información de tiempo que se transmite en la señal de navegación se deriva del reloj atómico a bordo del satélite IRNSS.

El IRNWT se determina a partir de un conjunto de relojes atómicos de Cesio e Hidrogeno en las estaciones terrestres. Al igual que con UTC, IRNWT también es un tiempo promedio ponderado, pero con dos diferencias sustanciales. IRNWT está disponible en tiempo real y es un tiempo continuo sin segundos de salto. Los satélites IRNSS llevan a bordo un estándar de frecuencia atómica de rubidio, los cuales son monitoreados y controlados por el software de navegación de la INC. La desviación entre cada uno de los satélites y el IRNWT se modela con una función cuadrática de tiempo y los parámetros de este modelo se calculan y transmiten como parte de los mensajes de navegación de difusión del sistema IRNSS.

Funcionamiento y Características de la Señal IRNSS

El servicio brindado por el sistema IRNSS son dos tipos:

• SPS (Servicio de posicionamiento estándar).
• RS (Servicio restringido/autorizado).

Ambos servicios se proporcionarán en dos frecuencias, una en la banda L5 (1164.45-1188.45 MHz) y la otra en la banda S (2483.5-2500 MHz).

SPS utiliza la modulación de cambio BPSK bi-fase, mientras que el servicio RS emplea modulación portadora de desplazamiento binario (BOC). Se está proporcionando una señal piloto BOC adicional para el servicio RS con el fin de ayudar a proporcionar una mejor adquisición y rendimiento. Cada banda L5 y S contienen tres señales, el diseño de IRNSS agrega una señal de interfaz para mantener la característica de constante envolvente de la señal compuesta.

La transmisión se realiza utilizando la de banda hélice de banda L y banda S para proporcionar cobertura global en señales de polarización circular derecha (RHCP). Por lo tanto, los receptores de usuario pueden operar en modo de frecuencia simple y/o doble.

Bandas de Frecuencia IRNSS

El servicio SPS del sistema IRNSS se transmite en las bandas:

• L5 (1164.45–1188.45MHz)
• S (2483.5-2500 MHz)

Esquema de Modulación

La señal SPS es BPSK modulada en las bandas L5 y S y los datos de navegación se transmiten a una velocidad de datos de 50 SPS (codificada a media velocidad de FEC) se agregan en el módulo 2 al código PRN integrado a 1.023 MCPS identificado para el servicio SPS. El código modulado CDMA modula las portadoras L5 y S a 1176.45 MHz y 2492.028 MHz respectivamente.

Modulación Interplex

Cada Carrier está modulado por tres señales, BPSK, canal de datos BOC y canal piloto BOC. Estas señales, cuando pasan a través del amplificador de potencia o TWTA operadas a saturación, producirán una envolvente no constante. Por lo tanto, la cuarta señal adicional, a saber, se agrega una señal de interfaz para tener una envolvente constante en la salida del espectro de RF de TWTA.

Perdida de Señal

Ruido en la fase de señal transmitida: La densidad espectral del ruido de fase en el Carrier no modulada permitirá un bucle de fase de bloqueado de segundo orden con un ancho de banda de ruido unilateral de 10 Hz para rastrear el Carrier con una precisión de 0,1 radianes RMS.

Perdida de Correlación: La pérdida de correlación se define como la diferencia entre la potencia transmitida recibida en el ancho de banda de señal especificado y la potencia de señal recuperada en el receptor ideal del mismo ancho de banda. Para todas las señales IRNSS, la pérdida de correlación que se produce en la carga útil de navegación no debe exceder los 0.6 dB.

Características Espuriosas

Para todas las señales IRNSS, la transmisión no esencial en banda debe ser de al menos -50 dB con respecto al nivel de potencia de la onda del Carrier no modulada.

Retardo de grupo de tiempo

El tiempo de radiación de las señales de navegación en cada frecuencia portadora y entre las frecuencias no está sincronizado debido a las diferentes rutas de señal analógica y digital donde cada señal debe viajar desde el generador de señales del satélite IRNSS a la antena de transmisión. Este retardo del grupo de hardware se define como una diferencia de tiempo entre la señal de RF transmitida (medida en el centro de fase de una antena transmisora) y la señal en la salida de la fuente de frecuencia de a bordo.

Tres parámetros diferentes comprenden este retardo de grupo:

• Retardo de grupo fijo / sesgo.
• Retardo de grupo diferencial.
• incertidumbre de retardo de grupo en sesgo y valor diferencial.

La demora fija o la demora de grupo de hardware es un término de polarización incluido en los parámetros de corrección de reloj transmitidos en los datos de navegación y, por lo tanto, se cuenta en los cálculos del tiempo del sistema en las especificaciones de interfaz de GPS apropiadas. Específicamente, este retraso representa la cantidad de tiempo que tarda la señal en comenzar desde el reloj común, viajar a través de cada generador de código, modulador, convertidor ascendente, transmisor y finalmente emerger de la antena del satélite.

La incertidumbre del retardo del grupo de hardware refleja la variabilidad en el retardo de la trayectoria debido a las condiciones cambiantes en el entorno operativo y otros factores. La incertidumbre efectiva del retraso del grupo estará en el rango de pocos nanosegundos (en el orden de 1-3 nanosegundos).

Cada señal de navegación IRNSS tiene dos rutas de hardware: principal y redundante. El hardware será diferente para cada ruta en términos de generador de datos, modulador, convertidor ascendente, amplificador de tubo de onda progresiva (TWTA), cable y componentes de integración.

En caso de fallo, la señal se desviará del sistema principal al sistema redundante. El retraso del sistema principal y el sistema redundante será diferente y, por lo tanto, causará una diferencia en el retardo de la ruta media en función de la ruta seleccionada para la señal de navegación.

La demora de grupo diferencial es la diferencia en las demoras entre dos señales de navegación. Se compone de componentes aleatorios más sesgos. El diferencial medio se define como el componente de sesgo y será positivo o negativo. Para una configuración de redundancia de la carga útil de navegación dada, el valor absoluto del retardo diferencial medio no debe exceder algunos nanosegundos, en el orden de 15 a 30 nanosegundos.

Retardo de Correcciones Ionosférico

Las correcciones de retardo ionosférico se emiten como estimaciones de retardo vertical en puntos de rejilla ionosféricos específicos (IGP), aplicables a una señal en L5 para usuarios de frecuencia única sobre la masa terrestre de la India específicamente. Las correcciones basadas en la cuadrícula para los usuarios de una sola frecuencia (L5) sobre la región india incluyen, ID de región, Retardo vertical de la ionosfera de cuadrícula (GIVD), Indicador de error vertical de la ionosfera de cuadrícula (GIVEI), Máscaras de regiones (10 bits), Emisión de la ionosfera de datos (IODI).

Aplicaciones que brindará el sistema IRNSS

El sistema IRNSS está pensado para brindar servicios a diferentes aplicaciones principalmente para:

• Navegación terrestre, aérea y marítima.
• Gestión de desastres.
• Seguimiento de vehículos y gestión de flotas.
• Integración con teléfonos móviles.
• Sincronización precisa.
• Mapeo y captura de datos geodésicos.
• Ayuda a la navegación terrestre para excursionistas y viajeros.
• Navegación visual y de voz para conductores.
• Observación de la tierra.
• Comunicación por satélite.
• Programa de navegación por satélite.
• Clima y medio ambiente.