30.08.2024

Tähtien (vai standardien) voimalla navigoiden

Ihmiskunta on läpi historiansa tutkinut ja seurannut tähtitaivasta. Ensimmäisen kerran tähtikuvioiden ja maan suhteellista asemaa tutkittiin filosofien toimesta antiikin aikana. Ja noin tuhat vuotta sitten viikingit luottivat matkoillaan päivisin auringon ja yöllä pohjantähden aseman määrittämiseen seilatessaan Amerikan mantereelle asti. Myöhemmin suurten purjelaivojen aikana navigointi merellä edellytti tarkkaa ajanpitoa kronometrin avulla, jotta kapteeni pystyi määrittämään pituusasteen.

Hyvä esimerkki ajan ja taivaankappaleiden aseman merkityksestä voidaan nähdä Prahan kuuluisassa astronomisessa kellossa, joka sijaitsee raatihuoneen kellotornin seinässä vanhan kaupungin torilla jokaisen nähtävillä. Kello yhdistää sekä tarkan kellonajan, päivän pituuden sekä auringon aseman tiettyjen pysyvien tähtikuvioiden suhteen. Kellotaulun eri väriset alueet ottavat huomioon päivän pituuden muuttumisen vuoden mittaan. Kellon tulkinta ei ole silti aivan yksinkertaista, sillä suuri määrä tietoa on pakattua pieneen tilaan.

Aurinkosymboli pyörii viisarin mukana kellotaulun ympäri kerran vuorokaudessa. Viisari osoittaa kellonajan, joka luetaan roomalaisista numeroista. Kellotaulu on 24-tuntinen eli yksi kierros on yksi vuorokausi. Ylhäällä XII on keskipäivä ja alhaalla XII on keskiyö. Rajat sinisen, punaisen ja mustan alueen väleissä kertovat hämärän, auringonlaskun, sarastuksen ja auringonnousun hetket. Aurinkosymboli siirtyy osoittimen varressa syksyisin kohti osoittimen tyveä ja keväisin kohti kärkeä, jolla mekanismi huomioi päivän pituuden vaihtelun. Lisäksi on rengas, joka osoittaa auringon ja kuun asemat maasta katsoen tiettyjen tähtikuvioiden suhteen. Kellossa on myös osoittimet kuun vaiheelle ja astronomiselle tähtiajalle. Uloin kehä tarkoittaa kellonaikoja goottilaisilla merkinnöillä vanhassa böömiläisessä tavassa, jossa on klo. 24 aina auringon laskiessa.

Uloin kehä liikkuu samantahtisesti aurinkosymbolin kanssa siten, että kehän luku 24 on aina yön laskeutumista vastaavassa kohdassa. Kehä pyörii syksyisin vastapäivään, kun pimeä laskeutuu päivä päivältä aiemmin. Talvipäivänseisauksena kehä pysähtyy ja vaihtaa suuntaa. Kehä pyörii myötäpäivään juhannukseen saakka. Arabialaisilla numeroilla päivä on jaettu 12 yhtä pitkään jaksoon. Rajaviivat ovat kaarevia, koska päivän pituus vaihtelee. Kellotaulussa lukee latinaksi avrora = sarastus. ortys = päivänkoitto, occasys = auringonlasku ja crepusculum = iltahämärä.

Kuva. Piirros Prahan astronomisesta kellosta. Se on maailman vanhin yhä toiminnassa oleva astronominen kello. Kuvassa vihreät apuviivat osoittavat, missä kohdassa aurinkosymboli siirtyy eri värisille alueille. Ne vastaavat päivää, hämärtymistä, auringonlaskua, yötä, sarastusta ja auringonousua.

Nykyään erilaiset satelliittinavigaatiojärjestelmät ja sovellukset ovat korvanneet navigoinnissa erilaiset aurinkolevyt, sekstantit ja astrolabit. Monet meistä käyttävät päivittäin Google Mapsia, joko etsiessään reittejä tai vain tutustuessaan uusiin paikkoihin. Satelliittipaikannusjärjestelmien toiminta nojaa tarkkaan ajan määrittämiseen, sillä suurin osa paikannusvirheistä riippuu joko satelliitin rata- tai kellovirheistä. Moniin käyttötarkoituksiin (sotilaallinen, ilmailu ja merenkulku) jo metrien virhe on liian suuri, joten paikannustarkuutta on pyritty lisäämään jo 1980-luvulta lähtien.  

Euroopan unioni ja Euroopan avaruusjärjestö ovat kehittäneet amerikkalaiselle GPS järjestelmälle oman vaihtoehdon nimeltä Galileo, joka tuli toiminnalliseksi 15.12.2016 ja joka koostuu nykyään jo 28 satelliitista. Galileon vastaanottimet pystyvät yhdistämään oman signaalinsa ja GPS-satelliittien signaalit mikä lisää merkittävästi paikannuksen tarkkuutta. CENin ja CENELECin yhteinen tekninen komitea JTC 5 `Space` vastaa järjestelmää tukevien eurooppalaisten standardien valmistelusta. Kesällä 2024 pidetyssä teknisen komitean kokouksessa päädyttiin siirtämään prEN 16605 “Space – Galileo Timing Receiver – Functional and Performance Requirements and associated Tests” suoraan loppuäänestykseen. Onkin todennäköistä, että tämä Galileo-satelliittien toimintaa tukeva standardi saadaan julkaistua jo vuoden 2024 lopussa tai viimeistään vuoden 2025 alussa.

Muita satelliittipaikannukseen liittyviä ja valmistelussa olevia standardeja:

• FprEN 16803-4 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport Systems (ITS) – Part 4 : Definitions and system engineering procedures for the design and validation of test scenarios, parhaillaan loppuäänestyksessä.
• FprCEN/TR 18104 Space — SBAS receivers performances for maritime applications — MARESS Test report, hyväksytty loppuäänestyksessä ja julkaisu ennen 2024 loppua.

Muita satelliittipaikannukseen liittyviä jo julkaistuja standardeja:

• EN 16803-1:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport Systems (ITS) – Part 1: Definitions and system engineering procedures for the establishment and assessment of performances
• EN 16803-2:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport Systems (ITS) – Part 2: Assessment of basic performances of GNSS-based positioning terminals
• EN 16803-3:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport Systems (ITS) – Part 3: Assessment of security performances of GNSS-based positioning terminals
• CEN/TR 17464:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport System (ITS) – Security attacks modelling and definition of performance features and metrics related to security
• CEN/TR 17475:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport System (ITS) – Specification of the test facilities, definition of test scenarios, description and validation of the procedures for field tests related to security performance of GNSS-based positioning terminals
• CEN/TR 17448:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport Systems (ITS) – Metrics and Performance levels detailed definition
• CEN/TR 17465:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport Systems (ITS) – Field tests definition for basic performance
• CEN/TR 17447:2020 Space – Use of GNSS-based positioning for road Intelligent Transport System (ITS) – Mathematical PVT error model

Jos sinua kiinnostaa osallistua avaruustekniikan standardointiin niin vaikuttamaan pääset liittymällä METSTAn SR 020 Avaruus ja ilmailu -ryhmään. Ryhmämme toimii pikaväylänä niin eurooppalaiseen kuin globaaliin avaruus ja droonitekniikan standardointiin.

Merenkulun navigointijärjestelmät

METSTAn SR 008 Laivanrakennus ja kuljetuskontit -ryhmä vastaa muun ohella merenkulun navigointijärjestelmien standardoinnista ml. sen laitteet ja järjestelmät. Tosin tutkalaitteiden sähkö- ja elektoniikkasuunnittelun standardeja hoitaa SESKO. METSTAn kautta on suomalainen asiantuntija jäsenenä monessa ISOn työryhmässä, kuten:

ISO/TC 8/WG 4 Maritime security

• ISO/TC 8/WG 10 Smart shipping

• ISO/TC 8/SC 6/WG 1 Gyro compassess

• ISO/TC 8/SC 6/WG 16 Ship Communication Network Systems

METSTAlla on aktiivinen standardointiryhmä, jossa on edustettuna asiantuntijoita mm. tutkalaitevalmistuksesta, meriliikenteen ohjauksesta, tutkimuslaitoksesta ja navigointijärjestelmien suunnittelusta ym.

Ota yhteyttä!