Passzív reflektometria

A navigációs műholdak jeleit nem csak navigációra lehet használni. Hasznos lehet az is, ami az alapfelhasználásban zavaró tényező.

A műholdas navigációs vevők a műholdak által kisugárzott rádiójelek futási idejét mérik, ebből számítják ki az adó és a vevő közötti távolságot, illetve több műhold jelének egyidejű vétele esetén a vevő pontos földrajzi helyét. A módszert évtizedek óta alkalmazzák, a szolgáltatást ma már telefonnal is könnyen elérhetjük. A módszer működésének alapja az a logikus és az esetek többségében igaz feltételezés, hogy a jelek a legrövidebb úton, azaz egyenesen terjednek a műholdtól a vevőig. Előfordulhat azonban, hogy valamelyik hold rádiójele egy földi tereptárgyról visszaverődve valamivel hosszabb úton éri el a vevőt, így megzavarja annak normális működését, következésképp hibás pozícióadatot kapunk. A hiba kiküszöbölése fontos fejlesztői feladat, azonban bizonyos esetekben hasznot is húzhatunk belőle, sőt a cél éppen az, hogy a legrövidebb és a kerülő úton érkező jel eltérő futási idejének különbségéből hasznos információt nyerjünk.

Napjainkban már több mint 120 navigációs műhold jelei érik folyamatosan a Föld felszínét. (Kép: GSA)

Ezt a passzív reflektometriának nevezett módszert negyed századdal ezelőtt, 1993-ban gondolta ki Manuel Martín-Neira, az ESA fiatal távközlési mérnöke. Akkor azonban még csak az amerikai GPS rendszer 24 műholdja keringett a Föld körül, így az alkalmazási lehetőségek szűkek voltak. Jelenleg viszont a különböző műholdas navigációs rendszerek több mint 120 műholdja sugározza folyamatosan jeleit a Föld felé, így az eljárást is könnyebb alkalmazni. A módszer lehetséges alkalmazásairól korábbi cikkeinkben olvashatnak (ld. az oldal alján).

A passzív reflektometrián alapuló PARIS rendszer műholdra helyezett vevője a navigációs műholdak közvetlen és visszaverődő jeleit összehasonlítva gyűjt adatokat a tengerek, a jégtakaró és a szárazföldek felszínéről. (Kép: ADS-SAU)

Az eljárásnak Manuel a Passive Reflectometry and Interferometry System (PARIS) nevet adta. Alkalmazásához kétoldalú vevőre van szükség, amely az egyik irányból a műholdról közvetlenül érkező jelet veszi, másik irányból pedig ugyanazt a jelet, amely azonban a Föld felszínét közbeiktatva éri el a vevőt. Ilyen esetekben a vevő bizonyos mérések céljára akár a földfelszín közvetlen közelében is elhelyezhető, de műholdra is szerelhető. A két úton érkező jeleket interferáltatják egymással, így a futási idők különbségéből az útkülönbség néhány centiméteres pontossággal meghatározható, ami alkalmas a jégtakaró vastagságának vagy a tenger vízszintjének pontos mérésére. (Elvben a szárazföld magasságának mérésére is használható, de a szárazföld rosszabbul veri vissza a rádiójeleket, így ott az alkalmazási lehetőségek korlátozottabbak.) A visszavert jel alakjának torzulásából a visszaverő felület tulajdonságaira is következtetni lehet, például az óceánok hullámzására, illetve a szélsebességre, valamint szárazföldi visszaverődés esetén a biomassza tömegére. Az alkalmazási lehetőségek hasonlóak a radaros altiméterekéhez és a szóródásmérőkéhez (scatterometer).

Az első műhold, amelyen passzív reflektométert helyeztek el, a nemzetközi katasztrófafigyelő hálózat (Disaster Monitoring Constellation) tagjaként 2003-ben pályára állított brit UK-DMC (BNSCSAT-1) volt. Újabban a brit TechDemoSat–1-re, valamint NASA trópusi ciklonokat figyelő CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System) műholdrendszerének tagjaira is kerültek reflektométerek. Tovább reflektométeres küldetések is készülnek, például az osztrák PRETTY és a spanyol FSSCat, amely utóbbi egy tervezett reflektometriai konstelláció prototípusának tekinthető.

A 2003-ban pályára állított brit UK-DMC volt első műhold, amelyen passzív reflektométert helyeztek el. (Kép: SSTL)

Az ESA jelenleg egy repülőgépre szerelt, forgatható antennával kísérletezik, amely egyben a különböző navigációs rendszerek, például a GPS és a Galileo műholdjai jelei között is különbséget tesz. Emellett az ESA Telekommunikációs és Integrált Alkalmazások Igazgatósága a Spire céggel együttműködve ez év végétől továbbfejlesztett reflektometriai berendezéseket kíván a cég Lemur–2 műholdjaira műholdakra helyezni. (A sorozat nanoműholdjait potyautas hasznos teherként állítják pályára, legújabban a 100–107. műholdakat Szojuz rakétával indították.)

A Spire cég glasgow-i laboratóriumában a Lemur–2 nanoműhold sorozat egyik tagjának rádiófrekvenciás tulajdonságait ellenőrzik. (Kép: Spire)

Kapcsolódó cikkek:
Újabb osztrák műhold készül
Vízszintmérés navigációs műholdak jeleivel

Kapcsolódó linkek:
Passzív reflektometria (ESA)
A 2019-es GNSS reflektometriai konferencia előadásai
Spire