שעון לוויני לחילוץ והצלת מטיילים באזור ללא GPS וסלולר - על היד

בלעדי: במפגש "ניווט לוויני" במרכז לפיתוח ומדידת אנטנות במכללה להנדסה אפקה בת"א נחשפו החידושים האחרונים בעולם הלווויני, במערכות איתור, הצלה ומיקום לרבות מערכות GPS מתקדמות. החידוש המעניין: שעון לחילוץ מטיילים שנתקעו באזור ללא כיסוי סלולרי ובלי GPS.
מאת: אבי וייס, 2.2.14, 16:00

ביום 27.1.13 התקיים ערב מקצועי לתחום הניווט הלוויני במכללת אפקה, במרכז לפיתוח ומדידת אנטנות בראשותו של פרופ' עלי לוין. בכנס נחשפו החידושים האחרונים מהעולם הלוויני, לרבות מערכות איתור והצלה חדישות מבוססות לווינים, עם או בלי GPS.

אלון ברנע, (בתמונה), סגן נשיא מכללת אפקה ומנכ"ל אפקה יישומים: "אפקה היא מכללה ציבורית להנדסה, עםתואר ראשון במגוון מסלולים ותואר שני ב-3 מסלולים. כרגע אנו עובדים על אישור של מסלול רביעי להנדסת ניהול של מערכות תשתית. אנו מתגאים בכך, שאנו מאוד קרובים לשטח, לתעשייה, ומספקים פתרונות יישומיים לתעשייה. לצורך כך, פתחנו כבר 9 מרכזי מחקר, פיתוח וייעוץ לתעשייה. המרכזים הללו משלבים אקדמיה, מחקר ממומן וייזום פעילויות עם התעשייה, כולל פיתוח פרוטוטייפ. בראש כל מרכז עומד חוקר בכיר מהמכללה, עם אנשי סגל וסטודנטים העובדים בתחום המקצועי של המרכז. במסגרת המרכזים הללו אנו מקיימים ימי עיון וערבי עיון מקצועיים ממוקדים. הערב הזה הוא המפגש השלישי במסגרת המעבדה לפיתוח ומדידת אנטנות, בראשותו של פרופ' עלי לוין". 

פרופ' עלי לוין (בתמונה), ראש המרכז לפיתוח ומדידת אנטנות, מכללת אפקה: " נציג היום 3 מבטים שונים לעולם הלוויני. למי ששואל איך לווינים ו-GPS מתקשרים למה שאנו עושים כאן, התשובה מאוד פשוטה: כל מערכת GPS ולווינית אחרת צריכה אנטנה. זה בדיוק מה שמחבר את האנטנות הלוויניות לתחום העיסוק שלנו.

סביב התחום הלוויני נבנתה תעשייה שלמה של יישומים, שחלקם מאוד מרתקים, שנמצאים רק בתחילת הדרך, שנשמע עליהם כאן. בסיום אתן 'מבט על' על כל התחום הלוויני והאנטנות הקשורות לתחום". 

דני (דניאל) כץ (בתמונה), מנכ"ל Mobit Telecom: "יש כיום כמה מערכות - שיטות איתור לוויניות, שיש להן גם קשר למערכות הלווינים של ה-GPS, אבל הן החלו לפעול קודם לכן וקיימות עד היום. המערכות הללו מתפתחות יפה גם לשנים הבאות.

מדובר במערכת איתור וחילוץ לווינית בשם Compas-Sarsat, שהוקמה במטרה אחת: לספק יכולות הצלה וחילוץ בכל העולם, 24X7. המערכת החלה לפעול ב-1982 ועד היום חולצו באמצעותה מעל ל-30 אלף איש. כיום, 44 מדינות חברות במערכת והן מממנות את תפעולה. יש מדינות כמו ישראל, שאינן חברות במערכת אך משתמשות בנתוניה. השירות מסופק בחינם לכל המשתמשים במערכת. 

מערכת הלווינים הזו מספקת מידע על מיקום של אנשים המבקשים חילוץ, בין בים ובין ביבשה. השידור של אות המצוקה לקריאת חילוץ נשלח ע"י משואה -Beacon המותקנת באוניות, יכטות, מטוסים וכיו"ב, שמשדרים בעת שלוחצים על כפתור ההפעלה הקיים עליה ואות המצוקה נקלט בלווינים. יש בעולם כמיליון וחצי משואות, שחלקן נדרש להתקנה על פי חוק, למשל במטוסי נוסעים ובספינות גדולות. יש רגולציה בינלאומית, שמיסדה את התחום ושאושרה ע"י מוסדות האו"ם, גם לגבי המכשירים וגם לגבי הטכנולוגיה והאותות המשודרים והמשוגרים מהמשואות. קריאות המצוקה המתקבלות בלווינים עוברות לתחנת הקרקע הקרובה למקום בו מבקשים חילוץ ואז התחנה הקרקעית מפעילה את כוחות החילוץ ומכוונת אותם למיקום של המשדרים את אות המצוקה.

אנו פיתחנו מוצר, שנראה כמו שעון (בתמונה) ונלבש על היד כמו שעון ובזה הוא שונה מכל המשואות שיש בעולם, שכולן יקרות מאוד, גדולות וכבדות. שם המוצר שפיתחנו הוא SAT406, על שם התדר שבו הוא משדר. הרעיון המרכזי שלנו: התשדורת של המצוקה תהיה צמודה לאדם. אמנם מכשירי מצוקה לספינות ומטוסים זה דבר חשוב, אבל יותר חשוב לדעתנו זה קליטת אות מצוקה מאדם בודד ואיתור אדם בודד. סביב זה יש לנו כבר 7 פטנטים הנמצאים בשלבי רישום.

יש כיום 3 מערכות לווינים הקשורות במערכת האיתור העולמית:
א. לווינים נמוכים - LeoStar, נמצאים בגובה של בערך אלף ק"מ מעל פני כדור הארץ. יש 6 לווינים כאלו. הם מאתרים גם בעזרת האות וגם בעזרת שימוש באפקט דופלר, כדי להגיע לדיוק יותר גדול. לגישה של לווינים נמוכים יש כמה חסרונות, בעיקר בגלל הדיוק הלא גדול וזמינות נמוכה לקליטת האותות. הדיוק של הלווינים הללו הוא סביב ה- 1,500 מטר שזה בעייתי במקרים רבים.

ב. לווינים גבוהים- GeoStar, יש 5 לווינים כאלו. הזיהוי המדויק של המיקום נעשה גם בעזרת GPS. הדיוק, שהשגנו במערכת שלנו, הוא של עד 125 מטרים. גם במערכת זו יש חסרונות, למשל הלווינים לא מכסים את הקטבים של כדור הארץ, התשדורות קצרות מאוד באורכן - מה שמגביל את הדיוק והיקף המידע המשודר ויש למערכות הללו לא אחת בעיות תקשורת.

ג. סוג חדש של לווינים בשם MeoStar, שנועד לפתור את בעיית הדיוק והכיסוי. מדובר במערכת עתידית עם תכנון ליותר מ-75 לווינים, כולל שימוש במערכות GPS כמערכת הממסר של הלווינים. יש כבר 10 לווינים, שנשלחו ופועלים בחלל, כרגע בניסויי הפעלה. כל נקודה בכדור הארץ תראה בו זמנית לפחות 4 לווינים, כך שכל סיגנל משודר ימדד ע"י 4 לווינים בתדר 406 מגהרץ, עם מיקוד בטכנולוגיה בשם TDOA.

הרעיון בשעון הנלבש על היד, שאנו באנו איתו, הוא לקודד אינפורמציה נוספת, לפי נקודות הזמן של השידור של אות המצוקה, תוך התחשבות בתקן המאוד נוקשה של השידור. אנו מגיעים לדיוק רב בשיטה שלנו. המוצר נבדק ועבר את כל האישורים של התקינה ואנו לפני כניסה לשוק עם המוצר החדש הזה. יש למוצר אפליקציות ושימושים רבים, למשל: שידור הטמפרטורה של גופו של משרד אות המצוקה. זה יכול לתת אינדיקציה למחלצים מה מצבו ואם יש כמה אנשים הדורשים חילוץ, למי לגשת בעדיפות לחילוץ.

המערכת שלנו בשעון מאפשרת לכל מטייל באשר הוא, כולל ברכב או בכל כלי תחבורה נייד אחר, לדווח על מיקומו, בלי כל תלות ברשת סלולר או בכל תקשורת אחרת. המערכת אמינה ואני מקווה שתיכנס לשוק בצורה המונית". 

אסף מלול (בתמונה), סמנכ"ל טכנולוגיות, BEA Systems - ROKAR: "אנו עוסקים בפיתוח פתרונות צבאיים, בעיקר בתחום ה-GPS לצרכים צבאיים. ה-GPS החל כפיתוח של הצבא האמריקאי, אבל הם מהר מאוד הפכו זאת ליישום אזרחי, אם כי שונה ביכולותיו מהיישום הצבאי. לכן, למערכות ה-GPS יש שני סוגי שירות: א) אות צבאי, ב) אות אזרחי.

המערכת החלה ב-2 תחומי תדר: 1,575 מגהרץ ו- 1,227 מגהרץ. כיום, נוטים לעבור לעבוד ב- 1,176 מגהרץ וזה בתחילת הדרך. אלו אותות, שנועדו לשימוש בתשלום. 2 המערכות הוותיקות יותר הן ללא תשלום. הסיבה: השירות החדש יהיה שירות אזרחי ברמת דיוק מאוד גבוהה. כיום, האות האזרחי משודר ברוחב פס של 2 מגהרץ, אות די חלש, אבל הדיוק די טוב (יחסית). קל לחסום את האות, כמו שקל לקלוט אותו. בתחום הצבאי עובדים לגמרי אחרת, כדי למנוע חסימות. בעבר, לאמריקאים היה מונופול בתחום הלווינים ל-GPS, אבל כיום הם לא מונופול. יש כבר לא מעט לווינים, שאינם אמריקאיים. 

התקן החדש בתחום ה-GPS הקרוי L2C מאפשר להגיע לדיוק גם במבנים סגורים, כולל בתוך קניונים. יהיה לזה בעתיד שימושים מאוד מעניינים. המחשבה, שאי אפשר לקלוט GPS בתוך מבנים, אינה נכונה. היא הייתה נכונה רק בנוגע לתקנים הישנים. תקן L5 נמצא בפיתוח ונועד להצלת חיים, אך הוא טרם נמצא בשוק. ייתכן וישולב עם פתרונות לווייני האיתור החדשים. 

כיום, הדיוק באות הצבאי הוא 1 מטר והדיוק האזרחי הוא בסביבות 5 מטר. הדיוק הצבאי מביא לידי כך שה-GPS נכנס לא רק לטילים מונחים, אלא גם לפצצות ולפגזים מונחים, תחום הנמצא בצמיחה לאור הביקוש לסוג כזה של פגזים". 

דני דנילביץ, רפא"ל: "כבוגר אפקה עשיתי את עבודת הגמר שלי אצל פרופ' עלי לוין. הלכתי לכיוון של GPS Tracker, דהיינו: מעקב לאורך זמן אחרי המיקום של מחזיק במכשיר סלולר או כל מכשיר GPS. החוכמה בפתרון: לממש את כל הפתרון בתוכנה, בלי כל תלות בחומרה. החלק הקל בפרויקט היה ציור המסלולר על המפה באופן אינטראקטיבי, כי עשיתי זאת במערכת של 'גוגל מפות', שהיא חופשית ופתוחה. ההפניות של המיקום ל'גוגל מפות' היא ב-HTML. כך, שהחלק הזה היה די קל. ניתן לפתח יישומים נוספים לשיטה שהצגתי".

פרופ' עלי לוין:  "האנטנות הטובות ביותר ל-GPS בתחום השידור הלוויני הן מסוג Quad Helix הנראות כמו חצי כדור עם כיסוי מאוד יפה. בתחום אנטנות הקליטה יש שונות גדולה של אנטנות, מ- Helix ועד צ'יפים זעירים הנכנסים למכשירי הסלולר. 

יש כיום אנטנות GPS המסוגלות לגלות ולהתקשר בו זמנית עם עד 10 לווינים ולקבל קואורדינטות די טובות, גם בתחום האזרחי. מספיק שיש קליטה מ-3 לווינים כדי לקבל דיוק די יפה. בתחום הקליטה, על פי כל מה שבדקנו, אנטנות Quad Helix הן הטובות ביותר. הבעיה: הן מתאימות כיום לכלי רכב וכלים גדולים יותר. הן לא נכנסות למכשירים ניידים דוגמת הסמארטפונים או הטאבלטים. יש כיום פיתוחים, שנועדו למזער את סוג האנטנות הללו, למשל חברת Sarantel עובדת על כך ונראה תוצאות לפיתוחים הללו בשנה הקרובה. זה יאפשר לספק דיוק רב יותר במכשירי הסלולר.

יש אנטנות GPS היכולות לעבוד בכל תחום תדר. ההתפתחויות בתחום הזה הן מאוד מהירות, בגלל ההתפתחות שיש בשוק הניווט והדרישה הגדולה בשוק למערכות ניווט המתאימות לכל התדרים הקיימים והעתידיים".