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