1. Hur fungerar satellitpositionering?

Satelliter är hörnstenen i modern positionsbestämning och navigering, och används i såväl bilar som smarta mobiler och flygplan. Med satellitsignalerna som grund kan mottagaren, till exempel en smartmobil, på mindre än en minut bestämma sin position med några få meters noggrannhet var som helst på jorden. Med hjälp av hjälptjänster som t.ex. mobilnätet kan noggrannheten förbättras till centimeternivå.

Det finns fyra globala system för satellitpositionering: det amerikanska GPS-systemet, det ryska GLONASS-systemet, det europeiska Galileo-systemet, som befinner sig i utbyggnadsfasen, och det kinesiska BeiDou-systemet. Därför används numera termen GNSS (Global Navigation Satellite System) när man refererar till satellitbaserad positionsbestämning.

Satellitpositionering bygger på att man mäter avståndet mellan satelliter och mottagaren. Eftersom signalerna från satelliterna färdas med ljusets hastighet kan även små fel i avståndsuppskattningen ha en betydande inverkan på positioneringsnoggrannheten. Alla fyra satellitnavigationssystem har ca 20–30 satelliter i en omloppsbana på ca 20 000 km höjd över jordytan. Varje satellit har en oerhört precis atomklocka för sändning av tidssignaler och data om bl.a. satelliternas positioner till jorden. För att bestämma positionen, dvs. positionslösningen, behöver mottagaren signaler frånl minst fyra satelliter.

2. Vilka är orsakerna till positioneringsproblem?

Störningar av satellitsignalen kan bero på naturliga orsaker, t.ex. störningar i jonosfären eller ett fel i mottagaren, men också på avsiktliga störningar. Hinder i omgivningen, som byggnader och skogar, försvagar också signalen. På grund av det långa avståndet är satellitsignalen redan dämpad när den når marken, så störningar är inte ovanliga.

Det finns två typer av avsiktliga störningar: jamming och spoofing.

Vid jamming sänds en störsignal i det radiofrekvensband som används av satellitpositioneringssystemet, vilket försämrar eller blockerar överföringen av den ursprungliga positioneringssignalen. Jamming görs vanligtvis med en enkel anordning som kallas störsändare. Det är olagligt att använda störsändare i hela EU och i Finland har ett politiskt initiativ tagits för att förbjuda innehav av störsändare. Störsändare används t.ex. av yrkesförare som vill dölja sin position. En oönskad konsekvens kan vara störningar i satellitsignalen över ett stort område.

En annan form av störning är spoofing, vilket innebär att man förfalskar informationen i en signal. En falsk signal kan användas för att lura mottagaren, så att den beräknade positionen eller tiden blir felaktig. Spoofing kräver expertis och specialutrustning, så det kan bara utföras av en professionell aktör. Ett aktuellt exempel på GNSS-bedrägeri är förfalskningen av lastfartygs position för att kringgå ekonomiska sanktioner.
 

3. Hur säkerställer man att viktiga system fungerar?

Det finns många sätt att säkerställa tillförlitligheten hos satellitpositionering. Verksamheter som är kritiska för samhällets säkerhet har alltid egna reservsystem som gör att de kan fungera även om satellitpositioneringen fallerar. Flygtrafiken, till exempel, förlitar sig vanligtvis inte enbart på GNSS-signaler, utan navigeringen säkerställs med assisterade system. En situation där ett flygplan inte kan landa på grund av störning av en positioneringssignal är exceptionell.

Det finns också olika sätt att säkerställa noggrannheten. En positioneringsnoggrannhet på cirka fem meter är tillräcklig för många tillämpningar inom geografisk information, men exempelvis flygtrafik eller räddningstjänst behöver tillförlitlig och exakt platsinformation.

Satellitpositioneringens noggrannhet och tillförlitlighet förbättras genom en rad olika hjälptjänster. Dessa bygger på en grupp basstationer vars exakta position är känd i förväg. Basstationerna följer kontinuerligt GNSS-satellitsignalernas kvalitet och producerar i realtid hjälpdata som behövs av olika användare. Här i Finland finns Lantmäteriverkets FinnRef-nätverk med tiotals basstationer som genom korrigeringar hjälper användarna att uppnå positionsnoggrannhet på centimeternivå.

SBAS (Satellite-Based Augmentation System) finns också för att ge den tillförlitlighet som krävs för framför allt flygtrafiken, med data som uppdateras från markstationer i realtid. Inom loppet av några sekunder kan de till exempel varna dig för en felaktig GPS-satellit.

4. Hur märker medborgarna störningar av positionering?

Störningar i satellitpositioneringssystem kan visa sig som positioneringsfel eller intermittenta avbrott, vilket påverkar såväl smartklockan, bilens navigeringssystem som hundens GPS-halsband. Till exempel är det populära spelet Pokemon Go sårbart för störningar eftersom telefonens position spelar en stor roll i spelet.

Många moderna konsumentapparater använder dock flera positioneringssystem, t.ex. mobilnätet, vid sidan av satellitpositionering, så det är sällsynt att störningar helt hindrar en apparat från att fungera. Positioneringssignalen störs av många naturliga faktorer, t.ex. höga byggnader i stadsmiljö.

Avvikelsernas storlek beror delvis på störningens styrka, men också på positioneringsenhetens egenskaper. Till exempel kommer precisionsmottagare som används av Lantmäteriverket att sluta tillhandahålla en positionslösning mycket tidigare än enheter som endast är avsedda att ge en allmän uppskattning av positionen. I det senare fallet minskar tillförlitligheten hos den lokaliseringslösning som tillhandahålls av enheten och den kan "vandra" mer än vanligt, dvs. röra sig runt den faktiska platsen. Positioneringen kan också peka på helt fel ställe.

5. Hur kan forskningen förbättra positioneringens tillförlitlighet?

Forskning vid Geodatacentralen utvecklar lösningar för att övervaka, upptäcka, klassificera och förhindra GNSS-störningar. Syftet är att göra det möjligt för användare av satellitpositionering att använda tjänsten hela tiden utan avbrott.

De viktigaste resultaten av detta arbete är tjänsten GNSS-Finland för kvalitetskontroll av satellitsignaler, som ger information om satellitsignalens kvalitet i Finland. Detta är en rikstäckande, öppen och kontinuerligt fungerande tjänst som utvecklats av Geodatacentralen för kvalitetskontroll av satellitsignaler. Tjänsten grundar sig på forskning som Transport- och kommunikationsverket Traficom har beställt och finansierat. Traficom samordnar användningen av radiosignaler i Finland. Målet är att utnyttja resultaten av forskningen och den service som utvecklats i samband med den med brett i samhället.

Mer information

Professor Sanna Kaasalainen, avdelningschef för navigering och positionering, +358 29 531 4760

Äldre forskare Mika Saajasto, +358 29 531 4314, förnamn.efternamn@lantmateriverket.fi