Galileo

Ne, řeč o historii nebude, jak jste se možná obávali. Řeč bude (nepřímo) o tom, že jsme se z historie nepoučili. Blogosférou už proběhly informace o E-CALL, tedy automobilové štěnici, o INDECTU, tedy způsobu kompilace osobních údajů uživatelů internetu s údaji z kamerových systémů, avšak neproběhlo takřka nic o tom nejhorším, co nás zřejmě čeká. Systému navigačních družic Galileo.

Citovat Wiki tu nebudu, není přesná. Zde je citace oficiální zprávy ředitele projektu Galileo:

Kompletní systém bude obsahovat 30 družic (27 + 3 záložní), obíhajících na 3 kruhových oběžných drahách ve výšce 23616 km na rovníkem. Sklon drah s rovinou rovníku je 56 stupňů, což zaručí bezproblémové užití systému do zeměpisné šířky 75 stupňů. Předpokládaná životnost družic je 15 let. Řízení systému bude realizováno dvěma pozemními centry GCC (Galileo control center) a 15 pozemními vysílači.

Chce to hledat a protože nenajdete, ptát se. Kolem tohoto projektu se vůbec dějí zajímavé věci. Někde je zveřejněna jakási část z technických specifikací a za týden ji tam už nenajdete, jindy ji nenajdete už druhý den a text je nahrazen radostnými bláboly o to, jak budou traktory orat samy a vůbec nás čeká radostná budoucnost, bez slepeckých holí. V tom vyniká například tento server, kde kromě jiného najdete i zblitek o chvályhodném projekt E-call. Zkusím se tedy laicky doplnit to, co nám chybí.

Především si musíme uvědomit, že jak ona automobilová štěnice, tak Indect zřejmě nesplní některé požadavky některých zadavatelů. Co se E-call týká, pokud nebude (a ona nebude) součástí řídící jednotky, bude porouchaná. O to už se šťastný vlastník jistě rád postará. Zejména potom, co jakýsi hacker načnul počítače FBI a našel v nich trasovací údaje stažené z I-phonů blbců, kteří povolili poskytovateli služeb přístup ke své poloze, asi proto, aby nemuseli zvednout hlavu jaké je počasí, ale podívali se do founu, jestli mají otevřít deštník. Co se děje z daty těch, co využívají jako úložiště cloud, by byla zřejmě větší zábava. Ale zpět k tématu. Slabým místem INDECTu je obličejová rekognice. Ta dobře funguje jen v Hollywoodu, jinak je spolehlivost 20-30%, a stačí bejzbolka nebo bíbr a je vymalováno. Vzpomeňme oněch snah o detekci způsobu chůze. Tam je přece jen k dispozici větší množství markantů na větší ploše.
Takže dále. Z textu, na který jsem odkázal už se nedozvíte nic dalšího o technických aspektech, majících zajímavé, určitě nezamýšlené, vedlejší efekty. Je tedy nutno přetrpět alespoň základní exkurs do technického řešení, a pak si řekneme, co to znamená. Sice jsem se vyhnul matematice, ale žargonu nikoliv a tak musím ty čtenáře, které by to otrávilo požádat, aby následující pasáž přeskočili. Pokud je mi známo, text v této podobě ještě nikde česky publikován nebyl. Jedná se o kompilaci údajů, zjednodušených a přeložených, s poznámkami majícími zdroj u techniků, kteří na systému pracovali. Základní text máte zde i s detaily třeba tady. Upozorňuji, že se jedná o původní , nebo spíš zveřejněnou, ideu. Skutečný stav si načrtneme dále.

Signál GPS je poměrně složitý a obsahuje jednosměrné (pasivní) určení polohy, určení přesné vzdálenosti a směru pohybu (kromě jiného i dopplerovým efektem), předávání informací pozemním přijímačům, simultánní příjem z několika satelitních signálů, opravu údajů pro ionosférické zpoždění signálů a odolnost proti interferencím. Volba nosného kmitočtu tedy musí splňovat následující požadavky:

Frekvence by měla být pod 2GHz. Kmitočty nad 2GHz vyžadují zvláštní anténu pro příjem signálu, ale pod 100MHz se už zase projevují ionosférická zpoždění, stejně jako nad frekvencí 10GHz. Také elektromagnetické záření se ve vzduchu šíří pomaleji než ve vakuu, a to tím více, čím nižší je frekvence. Pro nízké frekvence je tedy zkreslení fatální a ovlivňuje runtime.

PRN kódy (viz níže) vyžadují velkou šířku pásma pro modulaci. Také proto musí být zvoleno pásmo vysokých frekvencí. Navíc nesmí být nosný kmitočet ovlivněn počasím. Proto bylo rozhodnuto o tom, že každý satelit vysílá dva nosné kmitočty v mikrovlnné oblasti, které jsou pojmenovány jako L1 a L2 (frekvence se nachází v L pásmu mezi 1000 a 2000 MHz). Civilní GPS přijímače budou používat frekvenci L1 (1575,42 MHz – vlnová délka 19,05cm). Na frekvenci L1 jsou přenášena navigační data a kód SPS (kód standardní polohy). Frekvence L2 (1227.60 MHz – vlnová délka 24,45cm) nese pouze P (Y) kód a používá se výhradně v přijímačích, které jsou určeny pro PPS (přesné polohování), tedy u vojenského (bezpečnostního) zařízení.

Signál je modulován třemi různými binárními kódy: první je C/A kód. Ten je 1023 bitů dlouhý kód, přenášen s frekvencí 1,023 MHz a neobsahuje žádné informace. Je jím modulována celá šířka pásma a snižuje se rušení. C/A kód je pseudonáhodný kód (PRN – pseudorandom), který je ale přesně definován pro každý satelit. Ten je pak přijímačem označen prostřednictvím PRN čísla, opakujícího se každých 1023 bitů, nebo každou milisekundu. Reálné GPS satelity jsou číslovány 1 až 32. Budou-li časem začleněny satelity z jiných sítí, jejich čísla budou vyšší. C/A kód je základem pro všechny civilní přijímače GPS.

Pro opravdu náhodná čísla by ovšem počet možností nepostačoval. Proto jsou dále použity kódy pro automatické korelace nebo křížovou korelaci, která je nezbytná pro měření doby šíření signálu. Pojmenovány jsou GOLD. U těchto GOLD kódů jsou korelace mezi sebou velmi slabé, takže umožňují jednoznačnou identifikaci.

P kód (přesný) moduluje L1, stejně jako nosnou L2 frekvence a může být dlohý až 266 dnů, ovšem zatím je používáno jen 7. Pro ochranu proti rušivým signálům přenášených prostřednictvím možného nepřítele, je možno P kód šifrovat Y kódem. Šifrovaný kód potřebuje speciální AS modul pro každý přijímací kanál a je přístupný pouze pro oprávněné pracovníky, kteří jsou držiteli zvláštního klíče.

P a Y kód jsou základem pro přesné (vojenské) určení polohy. Nyní již systém šifrování pracuje nepřetržitě a P kód je přenášen pouze jako Y kód.
V GPS systému jsou nosné frekvence použity s fázovou modulací. Fázová modulace je zřídka použitá technika, ve srovnání s amplitudovou modulací (AM) nebo frekvenční modulací, hlavně proto, že je problematické rozpoznat signál fázově neposunutý a posunutý o 180°. Vyžaduje tedy poměrně složitý demodulátor. Fázová modulace vede k prodloužení frekvenčního rozsahu nosné frekvence a to v závislosti na tom, jak často se fáze posune. Tento druh modulace může být použit pouze pro přenos digitálních dat.

Tak. To bychom měli. Mimochodem, výše uvedené informace jsou asi trošku starší, protože jiné zdroje, to je úplně jiná pohádka. Systém bude totiž provozován ve čtyřech pásmech, na cca deseti kanálech:

E5a – 1176,45 MHz
E5b – 1207,140 MHz
E6 – 1278,75 MHz
L1 – 1575,42 MHz (shodné s nosnou vlnou L1 u GPS)

Budou k dispozici dvě skupiny služeb. Ta první, o které se běžně dočtete, jsou tyto:

OS – open service – volné služby – standardní signál poskytovaný zdarma s vysokou dostupností a přesností.
CS – commercial service – komerční služby – standardní signál s ověřenou integritou a dalšími placenými službami.
SoL – safety of life service – zabezpečení doživotních služeb – standardní signál s ověřenou a certifikovanou integritou (kontrola každých 6s), poskytuje včasné varování o selhání přesnosti.
SAR – search a rescue – pátrání a záchrana – SoL signál kompatibilní se současnými SAR systémy.

Ta druhá skupina je taková tajnosnubná a zdroje, které ji zveřejní ji vzápětí stahují:

PRS – public regulated service – veřejně řízená služba – šifrovaně, pro vládní účely.

Zbývající využitelné kanály se asi někam ztratily, ale ony vyplavou, nebo je někdo najde.

A teď proč tak složitě.

Při použití zmíněných pásem se totiž razantně zmenšuje přijímač signálu. Poslední testovaná verze má příčné rozměry zápalky a délku 7mm, a to včetně zdroje s výdrží cca 30 hodin. Chcete-li z ní dostat data online, potřebujete buď zbytečně velký modul GSM nebo modul wifi. Nejmenší co vím má 8x8x1,5mm bez zdroje. Na sto metrů odečtete bez potíží, anténa je na tišťáku. A nejen, že odečtete, ale i povelujete, což skýtá další neobyčejné možnosti. Jen si představte, tohle montovat do řídících jednotek aut. A pak že mýtné brány budou k ničemu.

Dál si povšimněme drah satelitů. Pro celosvětový systém se to zdá divné, ne? Tam by byla na místě nějaká ta polární dráha. Znamená to totiž, že Jižní Afrika, Austrálie nebo jih Jižní Ameriky, sever Kanady, natož póly nikoho moc nezajímaly. Počet družic, použité frekvence a sklon drah pak znamená, že systém je funkční i v budovách, pokud se zrovna nejedná o betonový bunkr. Dokážete si představit lepší systém na sledovačku? Všimli by jste si, kdyby Vám někdo do kapsy šikovně postrčil něco, co má rozměry jak malá mince. Nehledě na to, že použité frekvence se dobře odráží, a tak může být modul i pod autem. A proč ho tam nedávat rovnou, když vyjede z fabriky?

Následuje přesnost. Udávané metry jsou k smíchu. Už starý systém GPS umožňuje desítky centimetrů, ne-li méně. Galileo navíc odboural jeho největší nevýhodu. Nepochybně víte, že systém GPS je uměle „rozostřen“ tak, aby nebylo možno využívat jej pro vojenské účely. Toto rozostření musí být provedeno na straně satelitu a všichni bez výjimky, kdo se nacházejí v onom pásmu si pak užívají. Včetně armády a bezpečnostních složek. Galileo může používat všechny frekvence současně a co víc, umožňuje obousměrnou komunikaci, tedy něco o čem se systému GPS zatím mohlo jen zdát. Znamená to, že Vám postačí talířek o rozměru 25 cm a příslušné heslo a přijímač v příslušném pásmu a máte vystaráno. Předpokládaná přesnost neveřejných pásem je cca 5cm na padesáté rovnoběžce a 15-20cm na pólech, totéž platí o rozlišení nadmořské výšky.

No, a pak nám zbývá ona kompatibilita starého a nového systému. Žádná není. A to přes toto vyjádření – cituji: systém bude k dispozici od roku 2013. Služba bude zdarma a plně kompatibilní s GPS, takže ji mohou využít jak stávající uživatelé GPS, aniž by si museli kupovat nové přístroje, tak noví uživatelé. Zvlášť pikantně toto vyjádření zní, porovnáte-li jej s tvrzeními techniků. Jdete-li do hloubky zjistíte, že systém bude vyžadovat buď samostatný čip, nebo čip, který lze přeprogramovat. Jak totiž chcete přinutit čip u Vás v telefonu, aby bral data na jiné frekvenci s jinou strukturou a identifikátory, které nezná. To ovšem nebrání tomu, aby se neuvažovalo o přesahu do chráněného amerického pásma.

Dokonce ani školitelé na Galileo neznali odpověď a tak byla vznesena otázka na kterou zmr. Jérémie Godet odpověděl: Kompatibilitu nelze vysvětlovat tak, že současné navigační přístroje GPS budou schopné přijímat a zpracovávat signál z družic Galilea. Kompatibilita neplatí zpětně a nevztahuje se na starší zařízení. Je třeba počkat na „duální“ přístroje. Jelikož ale Galileo bude zpočátku sloužit hlavně pro speciální průmyslové aplikace a k běžným uživatelům se dostane až po několika dalších letech, ještě si rozhodně vystačíte se svým GPS navigátorem.

Jinak řečeno my si to voblížem, a až si budeme jistí jak to na Vás ušít, dáme Vám čuchnout. To bychom se podívali, aby jste vypnuli v mobilu čip na Galileo a používali tady nějaký amerikány, do kterejch nevidíme. Depa synci, hezky budete používat Galileo, my si přes cloud, wifi, hlavičky mailů nebo GSM budem stahovat Vaší polohu (tedy polohu telefonu) a máte smůlu s terorismem a šířením dětské pornografie. Taky proč jinak by jsme to vše dělali.

Jak vidíte, čekají nás zářné zítřky plné radostného budování nového světového pořádku. Já osobně očekávám velký rozvoj herních konzolí se zvláštním zřetelem na senzory pohybu (kvůli rozlišení Vašich pohybů ve hře, co taky jiného), případně integraci televize s internetem a zabudování kamery pro obousměrnou komunikaci s Vašimi přáteli.

13.09.2012 Yanek

Související články: