Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji

Z końcem roku 2015 w Wojskowej Akademii Technicznej zakończył się projekt „Rozbudowa Obserwatorium Satelitarnego Centrum Geomatyki Stosowanej Wojskowej Akademii Technicznej” realizowanego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego 2007 - 2013 (RPO WM, priorytet I.-Tworzenie warunków dla rozwoju potencjału innowacyjnego i przedsiębiorczości na Mazowszu, działanie 1.1. Wzmocnienie sektora badawczo-rozwojowego). Całkowita wartość projektu wyniosła 4 850 000.00 zł (poziom dofinansowania - 85%). Kierownikiem projektu był prof. dr hab. inż. Mariusz Figurski.

Głównym celem projektu był dalszy rozwój Obserwatorium Satelitarnego CGS WAT, poprzez zwiększenie możliwości technicznych w zakresie monitorowania nawigacyjnych systemów GNSS oraz stworzenie bazy sprzętowej do realizacji badań naukowych i aplikacji przemysłowych, związanych z rozwojem tej dziedziny. W efekcie realizacji projektu nastąpił wzrost potencjału naukowo-badawczego Centrum Geomatyki Stosowanej WAT, które stało się jednym z najlepiej wyposażonych laboratoriów w regionie, a niektóre zastosowane rozwiązania, np. zakup symulatora sygnałów GNSS, umożliwił znalezienie się w europejskiej czołówce. Dzięki realizacji projektu nastąpił wzrost konkurencyjności, który zwiększa szanse udziału w projektach organizowanych przez NCN, NCBiR oraz przede wszystkim Europejską Agencję Kosmiczną. Dodatkowo CGS WAT stał się idealnym partnerem naukowo-badawczym dla przedsiębiorstw z regionu Mazowsza, które poszukują zaawansowanych narzędzi do weryfikacji oraz certyfikacji swoich produktów związanych z technikami satelitarnymi. Dodatkowe wsparcie doświadczonych pracowników CGS WAT może przyczynić się do realizacji licznych projektów B+R.

W ramach projektu rozbudowy Obserwatorium CGS WAT dokonano zakupu zaawansowanych rozwiązań technicznych. Jednym z nich jest symulator sygnałów GNSS SPIRENT GSS9000, który charakteryzuje się możliwością jednoczesnego symulowania sygnału na 108 fizycznych kanałach (9 modułów po 12 kanałów każdy). Taka konfiguracja sprzętowa oraz aktywowane licencje pozwalają na jednoczesne symulowania i analizę sygnałów dla satelitów systemów GPS, GLONASS, Galileo, Beidou, SBAS dla wszystkich dostępnych częstotliwości. Dzięki temu symulator wykorzystywany jest w międzynarodowych projektach badawczych i stanowi kompleksowe rozwiązanie służące do testowania odbiorników GNSS oraz weryfikacji opracowanych algorytmów i metod przetwarzania danych GNSS. Bardzo istotnym elementem jest również dołączone oprogramowanie SimGEN, które pozwala na konfigurowanie oraz zarządzanie procesem symulacji. Zakupione rozwiązanie umożliwia m.in. kompleksowe definiowanie symulowanego punktu oraz trajektorii, w tym uwzględniając ruchy o dużej dynamice tj. samoloty bojowe, statki kosmiczne, możliwość definiowana modeli wielodrożności (multipath) oraz wpływu troposfery i jonosfery na pomiary GNSS.

Poza symulatorem dokonano zakupu odbiornika softwarowego GNSS IFEN SX3 , który stanowi narzędzie do weryfikacji oraz walidacji rozwiązań systemowych stosowanych w tradycyjnych odbiornikach GNSS. Odbiornik ten charakteryzuje się konfiguracją umożliwiającą odbieranie sygnału z satelitów GPS, Galileo, GLONASS oraz BeiDou na ich wszystkich obecnie dostępnych częstotliwościach, tj. L1, L2, L5, E1, E5ab, E6, G1, G2, B1 oraz B2. Pełną możliwość wykorzystania powyższych technicznych parametrów odbiornika umożliwia dołączone oprogramowanie m.in. poprzez zapewnienie zdolności do przetwarzania danych w czasie rzeczywistym. Pozwala to na jednoczesne prowadzenie analizy odebranego sygnału, przy nieustającym śledzeniu wszystkich aktualnie widocznych satelitów, wraz z transmisją strumieni danych z nich pochodzących. Ponadto istnieje możliwość prowadzenia ciągłej wizualizacji funkcji korelacji sygnałów z obserwowanych satelitów. Bardzo istotnym elementem jest również możliwość wykrywania wielodrożności sygnału oraz celowego fałszowania (spoofing) poprzez analizę wartości korelacji. Dodatkowo oprogramowanie zostało zdefiniowane w takim sposób, aby umożliwić użytkownikowi swobodne wprowadzenie i późniejszą realizację własnych algorytmów. Pozwala to na nieograniczone poszerzanie możliwości odbiornika, co jest kluczowe z punktu widzenia badań związanych z rozwojem algorytmów GNSS.

Jako uzupełnienie technologii związanej z systemami nawigacyjnymi dokonano również zakupu wysokoczęstotliwościowego odbiornika GNSS JAVAD Delta 3S. Charakteryzuje się on liczbą 860 fizycznych kanałów, co umożliwia w jednym czasie obserwacje wszystkich możliwych satelitów i częstotliwości w jednym czasie (GPS L1/L2/L5, Galileo E1/E5A/E5B/E6, GLONASS L1/L2/L3, QZSS L1/L2/L5, BeiDou B1/B2/B3, SBAS L1/L50). Ponadto umożliwia on uzyskanie pozycji z częstotliwością 100Hz, co pozwala na wykorzystanie go do badań związanych z implementacją najnowszych rozwiązań satelitarnych w procesie precyzyjnego wyznaczania pozycji, a także wyznaczaniem szybkozmiennych zjawisk atmosferycznych tj. scyntylacje jonosferyczne.

W projekcie pozyskano również radiometr mikrofalowy RPG HATPRO G4, który pełni istotną rolę w badaniach stanu troposfery, która wpływa na propagację sygnałów mikrofalowych, wykorzystywanych przez systemy nawigacyjne GNSS. Dzięki zastosowaniu dwóch pasm częstotliwości: 22.24 – 31.4 GHz oraz 51.0 – 58.0 GHz, umożliwia on pasywny, ciągły pomiar profili temperatury i wilgotności w troposferze do wysokości 10000m. Dodatkowo, urządzenie wyposażono w radiometr podczerwieni, za pomocą którego możliwa jest detekcja wysokości podstawy chmur. Ogromną zaletą pozyskanego radiometru mikrofalowego jest możliwości pomiaru opóźnienia troposferycznego w kierunku do satelitów GPS i Galileo. Pozwala to na prowadzenie prac badawczych związanych z weryfikacją metod wyznaczania opóźnienia troposferycznego z obserwacji satelitarnych, a także uwzględnianie pomiarów z radiometru jako poprawek do precyzyjnego opracowania obserwacji GPS. Ponadto bezpośrednie możliwości pomiarowe radiometru mikrofalowego (pomiar opóźnienia troposferyczne i zawartości pary wodnej w słupach atmosfery (IWV)) sprawiają, że pozyskane dane będą wykorzystane w procesie asymilacji pracujących operacyjnie w CGS WAT modeli prognostycznych. Procesy te są istotne w optymalnym prognozowaniu stanu atmosfery, ponieważ asymilacja zwiększa prawdopodobieństwo uzyskania bliższych rzeczywistym prognozy pogody.

W ramach projektu zrealizowano również zakupy związane z doposażeniem Laboratorium Laserowej Teledetekcji Kosmicznej, zlokalizowanego w budynku Instytutu Optoelektroniki WAT (IOE WAT). Jednym z elementów była modernizacja i rozbudowa mikroskopu ramanowskiego inVia Renishaw sprzężonego z mikroskopem sił atomowych (AFM). Mikroskopia sił atomowych (AFM) pozwala uzyskać mikroskopowe mapy opisujące rozkład ładunku elektrostatycznego, przewodność elektryczna, struktura domen magnetycznych czy przewodność termiczna. Mikroskopia AFM może być wykorzystana do badania kształtu oraz rozmiarów pyłu na powierzchni ciał niebieskich, co może mieć znaczenie dla określenia możliwej szkodliwości takiego pyłu zarówno na ludzi jak i roboty wykorzystywane obecnie do misji kosmicznych. AFM może być także wykorzystywane do charakteryzacji właściwości materiałów używanych do budowy aparatury wysyłanej w kosmos. W wyniku realizacji projektu, w sposób znaczący zwiększone zostały możliwości pomiarowe istniejącego systemu. W ramach przeprowadzonych działań mikroskop ramanowski został wzbogacony przede wszystkim o lasery pracujące na długości fali 532 nm oraz 633 nm, ultraszybki detektor (kamera EMCCD) oraz najnowsze oprogramowanie sterujące. Nowe oprogramowanie oraz ultraszybki detektor znacząco zwiększyło możliwości obrazowanie ramanowskiego systemu. W chwili obecnej obrazowanie może być wykonywane z dużą szybkością i rozdzielczością przestrzenną, ponadto istnieje możliwość obrazowania 3D.

W ramach doposażenia Laboratorium Laserowej Teledetekcji Kosmicznej pozyskano również komponenty do Stacji Obserwacyjnej z Akwizycją Danych, która umożliwia wysokorozdzielczą obserwację przestrzeni kosmicznej, wraz z możliwością zautomatyzowanej rejestracji obrazu. Dzięki temu pozyskiwany jest materiał źródłowy do badań związanych m.in. z określeniem wpływu mierzonego stanu atmosfery na możliwości obserwacji kosmosu z powierzchni ziemi. Połączenie technologii lidarowej z technologią analizy obrazu umożliwia również wypracowanie wniosków na temat wpływu parametrów turbulentnych atmosfery na propagację światła.

Kolejnym elementem było pozyskanie komponentów do laserowego profilometru atmosferycznego. Szczegółowa analiza struktury gęstości i dynamiki atmosfery w całym zakresie odległości – od poziomu gruntu, aż do rejonów kosmicznej próżni, możliwa jest poprzez zastosowanie radaru optycznego (ang. LIDAR – Light Detection and Ranging). Ze względu na znaczne rozrzedzenie atmosfery w warstwach graniczących z przestrzenią kosmiczną, optymalnym jest zastosowanie promieniowania UV w celu zmaksymalizowania zjawiska rozpraszania typu Rayleigha. Oprócz tradycyjnego profilowania atmosferycznego, ze względu na długości fali w zakresie UV, zestaw umożliwia również prowadzenie pomiarów zawartości materii biologicznej w powietrzu na bazie laserowo wzbudzanej fluorescencji.

Poza zakupem rozwiązań technicznych dostosowano również laboratorium (znajdujące się na Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT) do możliwości prowadzenia badań z wykorzystaniem symulatora sygnałów GNSS oraz odbiornika softwarowego GNSS.

W sprawie projektu lub współpracy z wykorzystaniem powyższych rozwiązań należy kontaktować się z poniższymi osobami:

Grzegorz Nykiel
Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji
grzegorz.nykiel@wat.edu.pl
tel. 261 83 76 41

ppłk. Jacek Wojtanowski
Instytut Optoelektroniki
jacek.wojtanowski@wat.edu.pl
tel. 261 83 74 06

roscgswat