Transcript GIS – SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ SYSTEMY GPS PLAN PREZENTACJI 1. 2. 3. 4. Układy odniesienia Systemy GPS, GLONASS, GALILEO Nawigacja, systemy SBAS Systemy ASG w Polsce.

GIS – SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ
SYSTEMY GPS
1
PLAN PREZENTACJI
1.
2.
3.
4.
Układy odniesienia
Systemy GPS, GLONASS, GALILEO
Nawigacja, systemy SBAS
Systemy ASG w Polsce
2
RÓŻNE ELIPSOIDY
3
UKŁAD ODNIESIENIA (DATUM)
4
WSPÓŁRZĘDNE W RÓŻNYCH UKŁADACH ODNIESIENIA
5
JEDNOSTKI KĄTOWE
1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości
równej promieniowi.
Stopniowa i gradowa
2π rad = 360 stopnie
=
400 grad
1 rad = 360o /2π = 400g /2π
1 rad = 57.295780o = 57o 17’ 44 ”.8
1 rad = 63.661977 g = 63 g 66 c 19. cc 77
6
LOKALIZACJA PUNKTÓW W POZIOMIE
Układ GCS jest jednoznacznie określony przez:
• kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną),
• południk zerowy
• układ odniesienia
– rodzaj elipsoidy,
– położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy, lub innych
punktów
Południk zerowy – od 1884 r. przechodzacy przez Obserwatorium w
Greenwich w Anglii
7
SYSTEM ODNIESIENIA
Układ współrzędnych nie zawiera
informacji o jego orientacji względem bryły
ziemskiej,
•Układy współrzędnych oraz parametry
opisujące ich orientacje względem bryły
ziemskiej zwane są geodezyjnymi
systemami odniesienia,
•Tak więc system odniesienia stanowi zbiór
zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z
opisem modeli niezbędnych do
zdefiniowania początku, skali i orientacji
osi układów współrzędnych w bryle
ziemskiej oraz ich zmienności w czasie.
8
SYSTEM ODNIESIENIA
Definicja –kartezjański trójwymiarowy
􀂄Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi,
 oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi
Definicja –elipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację
względem bryły ziemskiej
 punkt początkowy P,
 jego szerokość ϕP,
 długośćλP,
 azymut linii αPB,
 parametry elipsoidy a oraz b,
 odstęp geoidy od elipsoidy NP
9
SYSTEM ODNIESIENIA
 punkt początkowy P,
 􀂄jego szerokość ϕP,
 􀂄długość λP,
 azymut linii αPB,
 parametry elipsoidy a oraz b,
 odstęp geoidy od elipsoidy NP
10
UKŁAD ODNIESIENIA
Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia
􀂄w przypadku geodezji klasycznej – jest określony przez liczbowe
wartości sześciu parametrów,
W przypadku geodezji współczesnej (satelitarnej) przez współrzędne
określonych stacji naziemnych.
Na świecie istnieje wiele układów odniesienia
􀂄WGS84
􀂄EUREF
11
UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42
12
WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)
Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym
układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje
Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanów Zjednoczonych
Ameryki Północnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66. Przed 27
stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski system
TRANSIT. Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji
śledzących systemu TRANSIT (TRANET).
13
WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)
Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o współrzędne
satelitarne uzyskane tylko z pomiarów dopplerowskich (system TRANSIT)
i bazował na układzie WGS72, który został opracowany dla potrzeb
systemu TRANSIT. Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie
jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m
Współrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały
poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej
sieci IGS (22 stacje), wykorzystano w procesie wyznaczania
współrzędnych, jak równie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych.
W opracowaniu wyników pomiarów przyjeto standardy zgodne z
zaleceniami IERS. Wynikiem prac był nowy poprawiony układ
WGS84(G730) – co odnosi się do 730-go tygodnia GPS.
Nowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnej
Od poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ
WGS84(G730) do obliczania orbit satelitów GPS (efemeryd pokładowych).
14
Geodetic System 1980 (GRS-80)
Geodezyjny System Odniesienia GRS’80 został przyjety na XIV
Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki
(IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze.
Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy: a, GM i J2 oraz
predkość kątowa Ziemi. Przyjęto, że mała półoś elipsoidy odniesienia
systemu GRS’80 będzie równoległa do osi CIO, a płaszczyzna południka
zerowego bedzie równoległa do południka zerowego średniego
Obserwatorium BIH.
Praktyczną realizację tak przyjętego układu współrzędnych można oszacować
na około 10 cm.
15
ELIPSOIDA ZIEMSKA
Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’80 –Geodetic
Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym
Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997
roku.
Stosowana rezolucja zaleca aby:
• równikowy promień Ziemi: a = 6378137m
• geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)
• dynamiczny współczynnik kształtu Ziemi, wyłączając stałą deformacje
pływową
• kątowa prędkość Ziemi:
f –spłaszczenie elipsoidy
kwadrat mimośrodu
Równanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w
a –duża półoś
układzie współrzędnych prostokątnych ma postać:
Kwadrat mimośrodu:
16
Geodezyjny System Odniesienia GRS’80
17
Geodezyjny System Odniesienia GRS’80
18
19
20
UKŁADY ODNIESIENIA
21
SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH
UKLADÓW ODNIESIENIA
Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana
przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię
Geodezji i Geofizyki w 1987 roku.
W 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube Ruchu
Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (International Earth Rotation
and Reference Systems Service).
Do zadań należą:
•Definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i
jego realizacja w postaci układu współrzędnych (ICRF).
•Definicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i
jego realizacja w postaci układu współrzędnych (ITRF).
•Wyznaczenie parametrów orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla
zapewnienia parametrów transformacji pomiędzy ICR i ITRF.
•Analiza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF, ITRF, EOP i ich
modelowanie.
•Standardy, stałe i modele (konwencje).
22
SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH
UKLADÓW ODNIESIENIA
Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów
Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems
Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania
danych dla poszczególnych technik:
o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)
o Międzynarodowa Służba Pomiarów Laserowych Odległości (ILRS)
o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)
o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)
23
International Earth Rotation Service
1. IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset
stacji permanentnych GPS,
2. ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane
zebrane za pomocą pomiarów odległości do satelitów techniką
laserową,
3. LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiarów
odległości do Księżyca,
4. VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopów
obserwujących dalekie radioźródła techniką interferometrii,
5. DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on
Satellite - francuski system kontroli orbit.
24
ITRF’88 – ITRF’2000 przeglad parametrów transformacji i ich skutki
praktyczne
25
PARAMETRY TRANSFORMACJI
26
PARAMETRY TRANSFORMACJI
27
ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF
28
ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF
29
30
31
NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE
Układ Borowa Góra 1925 (BG1925), określany w zagranicznych zródłach
jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia
elipsoidy Bessel’1841 do Geoidy w Borowej Górze. Orientacji elipsoidy
dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie. Przyjęto
następujące współrzedne tego punktu (szerokość i długość
geograficzną wynikającą z pomiarów astronomicznych):
B = 52o28’32.85” L = 21o02’12.12”
W Polsce, podobnie jak w innych państwach byłego układu
warszawskiego, obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO
z punktem przyłożenia do geoidy w Pułkowie
Do połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ współrzędnych
zwany krótko „1942”.
32
1899 –Powołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)
1900 –Rozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 –
Powołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)
1962 –Powołanie Międzynarodowej Służby Ruchów Bieguna (IPMS)
1966 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII
1967 –Zdefiniowanie początku umownego układu współrzędnych
ziemskich CIO
1967 –Przyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS67
1968 –Wprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT
dystrybuowanego przez BIH –układ odniesienia BIH
1972 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS72
1973 –Wprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do
wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery
obserwacji astrometrycznych
1979 –Przyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80
33
1979 –Wprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo
wyznaczeń pozycji bieguna i UT
1980 –Początek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and
Intercomparison of theTechniques)
1983-1984 –Właściwa kampania MERIT
1984 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)
1984 –Wprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz
pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)
1989 –Rozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje
laserowe i VLBI do wyznaczenia parametrów ruchu obrotowego Ziemi
1991 –Zdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu
odniesienia CTRS. Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano
nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS
1993 –Powołanie International GPS Service(IGS) –(od 2004 International
Earth Rotation and Reference Systems Service)
1994 –Wprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna
34
LITERATURA
Prof. dr hab. Adam Łyszkowicz, UWM w Olsztynie, WYKŁADY
XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII
GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo, 30 czerwca – 11 lipca 2003
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Workshop: „NOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPÓŁRZEDNYCH
ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJE”
Warszawa, 27-28 maja 2004 roku Jerzy B. Rogowski, Mariusz Figurski
Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna, Prof. dr hab. inż. Jerzy B.
Rogowski, Dr inż. Magdalena Kłęk
Wykład – Mapa cyfrowa, dr Katarzyna Bradtke, dr Jacek Urbanski
Geodezja, WYKŁAD, Pomiary szczegółowe 1, Katedra Geodezji im.
K. Weigla
35
NAWIGACJA
Zadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametrów ruchu
(prędkości, kursu) jednostki ruchomej - człowieka, pojazdu, statku czy
samolotu.
Do jednoznacznego określenia współrzędnych położenia względem punktów
orientacyjnych mogą być użyte:
· pomiar dwóch kątów (zasada goniometrii),
· pomiar dwóch odległości, (w przypadku systemów z radiolatarniami
umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do
minimum trzech radiolatarni ),
· pomiar kąta i odległości (współrzędnych biegunowych),
· pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwóch par
radiolatarni (zasada systemów hiperbolicznych),
· zliczenie zmian współrzędnych obiektu, począwszy od punktu o znanych
współrzędnych.
Nawigacja lądowa, Nawigacja lotnicza i morska, Systemy lokalizacji pojazdów i osób
Systemy ratownictwa
Zastosowania specjalne
36
GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ
SBAS
SYSTEM WASS
SIEĆ STACJI ODNIESIENIA
SATELITY GNSS
SATELITY GEOSTACJONARNE
STACJE TELEKOMUNIKACYJNE
STACJA ODNIESIENIA
SYSTEM WASS
SYSTEM WAAS
GENEROWANIE KOREKT
SBAS – STAN OBECNY
SBAS – STAN OBECNY
SBAS – STAN OBECNY
SBAS – KIERUNKI ROZWOJU
GAGAN
EGNOS – ARCHITEKTURA SYSTEMU
EGNOS – ARCHITEKTURA SYSTEMU
GEO
GLONASS
AOR-E
IOR-W
ARTEMIS
GPS
RIMS
NLES
(x 6)
EWAN
MCC 1
MCC 2
MCC 3
MCC 4
PACF
ASQF
EGNOS – SEGMENTY SYSTEMU
SATELITY GEOSTACJONARNE
EGNOS – SEGMENTY SYSTEMU
Master Control Centres
Navigation Land Earth Stations
EGNOS – SEGMENTY SYSTEMU
Ranging and Integrity Monitoring Stations
EGNOS – DOKŁADNOŚĆ (2004)
Lisbon
HNSE
95%
VNSE
95%
1.2 m
Toulou
se
0.9 m
Rome Brusse Paris
ls
1.1 m 0.8 m 1.0 m
1.7 m
1.4 m
1.2 m
1.7 m
1.3m
SYSTEM LASS
SATELITY GNSS, PSEUDOSATELITY NAZIEMNE, STACJE REFERENCYJNE
SYSTEM EGNOS
W celu polepszenia dokładności systemu stworzono różnicowy system korekcji
pomiarów GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych, które przesyłają
poprawki do trzech satelitów geostacjonarnych EGNOS. Za pośrednictwem tych
satelitów, sygnał trafia do odbiorników GPS pozwalając na skorygowanie
pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitów GPS. System występuje
w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych : WAAS w Ameryce,
EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji. EGNOS pozwala na
zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok.10 m do poniżej 3 metrów w
odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału. Dostępność sygnału
EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na
„niskie” umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok. 22 st. nad horyzontem).
52
GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA
Zawiera trzy moduły:
-
segmentu kosmicznego – 27 satelitów okrążających Ziemię
-
segmentu kontroli – stacji kontrolujących i monitorujących
segmentu użytkownika – odbiorników GPS: wojsko oraz
użytkownicy cywilni
53
SEGMENT KOSMICZNY
27 satelitów (24 aktywne + 3 zapasowe)
6 orbit kołowych, po 4 satelity na orbicie
Wysokość orbity - 20200 km
Kąt nachylenia orbity do płaszczyzny równika – 55.0 stopni
Czas obiegu - ok. 11 godz. 57 min.
Widoczność min. 5 satelitów usytułowanych ponad 5.0 stopni nad
horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem
0,9996
54
SEGMENT KONTROLI
Główna Stacja Monitorująca – Baza sił powietrznych Falkon w Colorado
Springs
Stacje monitorujące: Hawaje, Diego Garcia, Ascesion
Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głównej, gdzie
wyliczane są efemerydy i poprawki zegarów satelitów
55
56
SYGNAŁ GPS
Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej
fazowo sygnałami:
informacyjnym, o prędkości 50 bitów na sekundę- depesza
nawigacyjna zawierająca min. almanach i efemerydę, nakładana na kod C/A i P
pseudolosowym kodem C/A (akwizycja zgrubna), taktowanym
częstotliwością 1,023 MHz, emitowany na częstotliwości nośnej L1, każdy
satelita ma swój własny kod C/A nazywany także kodem PRN, jest podstawowym
kodem używanym przez odbiorców cywilnych
pseudolosowym kodem P (dokładnym), taktowanym
częstotliwością 10,23 MHz, emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2
pseudolosowym kodem Y, taktowanym częstotliwością około
0.5 Hz. – uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko
dla autoryzowanych użytkowników (wojsko)
57
Kod P(Y)
Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni, każdy z satelitów ma przypisany
jednotygodniowy segment tego kodu. Szybkość transmisji wynosi 10.23 MHz.
Kod C/A
Kod C/A składa się z 1023 bitów transmitowanych z szybkością 1.023 MHz,
cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę. Każdemu z satelitów
przypisany jest inny kod C/A. Bity kodu nazywane są chipami. Sekwencja
dobrana jest tak by:
kody różnych satelitów nie były skorelowane między sobą,
dla każdego satelity współczynnik autokorelacji miał tylko jedno
maksimum.
Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbiór sygnałów nadawanych w
tym samym paśmie częstotliwości.
58
Depesza nawigacyjna
Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi:
Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu, w tym przybliżone
elementy orbitalne wszystkich satelitów, których znajomość przyśpiesza
proces akwizycji,
Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity, który nadaje
depeszę, niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji.
59
Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod C/A.
Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitów na sekundę. Jej treść
zawiewra 25 ramek, każda złożona z 1500 bitów. Każda ramka podzielona
jest na 5 podramek, po 300 bitów każda. Odebranie jednej ramki danych
zajmuje więc 30 sekund, a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 12.5
minuty. Podramki 1,2 i 3 powtarzają te same 900 bitów danych we
wszystkich 25 ramkach, umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych
danych w ciągu 30 sekund. Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co
cztery godziny. Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand
Over Word (HOW), umożliwiającą przejście od śledzenia kodu C/A do
śledzenia kodu P(Y), dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach
(czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitów w
konstelacji). Dodatkowo transmitowane są dane o "zdrowiu" satelitów,
współczynniki do modelu opóźnienia jonosferycznego, współczynniki
umożliwiające obliczenie czasu UTC.
60
FUNKCJE ODBIORNIKA GPS
Odbiór i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity
Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową
Identyfikacja satelitów na podstawie kodu C/A (PRN)
Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie
opóźnień sygnału od satelity do anteny
61
ZASADA OPÓŹNIENIA SYGNAŁU –
WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI
Pomiar kodowy
-Pomiar opóźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu C/A nadawanego
przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS.
W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału
62
63
POMIAR FAZOWY
Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitów i wykonuje pomiar
przesunięcia fazowego tj. określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali
nośnej mieści się na drodze satelita – obserwator.
Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe), wymagająca
zaawansowanych technologicznie odbiorników i dłuższego czasu pomiaru
64
65
Metoda RTK
Technika RTK („Real-Time Kinematic”) wykorzystuje pomiary fazowe.
Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm, przy bardzo
krótkich czasach obserwacji. Technika ta także wymaga odbiornika
umieszczonego na stacji referencyjnej, o znanych współrzędnych oraz
odpowiedniego sprzętu, zapewniającego łączność radiową z odbiornikami
ruchomymi. W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje
dotyczące pomiarów fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki).
Czas, jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności
wyznaczenia współrzędnych zależy od ilości satelitów (minimum 5) oraz
od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km). Szybkość
przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitów/sekundę.
Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie
rozwiązanie w bardzo krótkim czasie, na podstawie niewielkiej liczby
obserwacji (krótki czas obserwacji). Znanych i stosowanych w praktyce
jest wiele różnych metod obliczeń, spełniających te wymogi. Wiele z tych
algorytmów wykorzystuje np. filtr Kalmana, definiując (w ogólności) układ
równań dynamicznych (uwzględniających, poprzez tzw. macierz przejścia,
dynamikę układu), w których niewiadomymi są współrzędne trójwymiarowe
odbiornika ruchomego, ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie,
parametry ambiguity oraz opóźnienie jonosferyczne
66
Metoda statyczna
Najszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji
statycznych. Klasyfikując ją wśród innych można powiedzieć, iż jest to
metoda typu postprocessing, wykorzystująca pomiary fazowe.
Zapewnia ona najwyższe, możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS,
dokładności pozycjonowania. Błędy średnie położeń punktów
wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm, wymaga ona jednak dość
długich jednoczesnych obserwacji na obu punktach.
Ogólny algorytm, który jest najczęściej stosowany w przypadku
konieczności obliczania przyrostów pomierzonego wektora
trójwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu
podstawowych publikacjach dotyczących GPS.
67
BUDOWA SATELITÓW GPS
Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemów:
 system wprowadzania na orbitę,
 system kontroli wysokości i prędkości,
 system kontroli reakcji,
 system śledzenia, telemetrii i sterowania,
 system nawigacyjny,
 system wykrywania wybuchów jądrowych,
 system kontroli termicznej,
 blok zasilania, konstrukcji nośnej.
68
GLONASS
Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą różnicą, że właścicielem
systemu są siły zbrojne Rosji.
Istnieją także różnice techniczne. System składa się z 24 (docelowo) satelitów
rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok. 19100 km.
Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny równika pod kątem 64,8
stopnia. Czas obiegu satelity wokół Ziemi wynosi ok. 11 godzin i 15 minut.
Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną
konstelację satelitów.
W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitów.
69
Galileo
GALILEO
Globalny System Nawigacyjny
System cywilny
System niezależny od GPS i
GLONASS
Gwarantowany serwis
Faza operacyjna od 2008 roku
Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA
GALILEO
•Galileo Satellite-only Navigation, Positioning & Timing Services
•(planowane serwisy):
Open Service (OS) – otwarty serwis publiczny
Commercial Service (CS) – serwis komercyjny (odpłatny)
Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczy
Public Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych
GALILEO
Open Service
Type
Receiver
of
Carriers
Single Frequency
Ionospheric
correction
Based on simple
model
Coverage
Accuracy (95%)
Timing Accuracy wrt UTC/TAI
Availability
Global
H: 15 m
V: 35 m
30 nsec
99.8 %
DualFrequency
Based on dualfrequency
measurements
H: 4 m
V: 8m
GALILEO
Safety-Of-Life Service
Type of Receiver
Carriers
Computes
Integrity
Ionospheric
correction
Coverage
Three Frequencies
Yes
Based on dual-frequency measurements
Global
Critical level
Accuracy (95%)
Integrity
Alarm Limit
Time-To-Alarm
Integrity risk
Continuity Risk
Certification/Liability
Availability of integrity
Availability of accuracy
H: 4 m
V: 8 m
H: 12 V 20 m
6 seconds
3.5x10-7 / 150 s
10-5/15 s
Yes
99.5%
99.8 %
Non-critical level
H: 220 m
H: 556 m
10 seconds
10-7/hour
10-4/hour – 10-8/hour
GALILEO+GPS
Horizontal
accuracy
Vertical
accuracy
Galileo OS
(10° m.a.)
single
frequency
receiver
15
Galileo OS
+ GPS (10°
m.a.) single
frequency
receiver
7-11
Galileo OS
(10° m.a.)
dual
frequency
receiver
4
Galileo OS
+GPS (10°
m.a.) dual
frequency
receiver
3-4
Galileo OS
(30° m.a.)
single
frequency
receiver
14-54
Galileo OS
+ GPS (30°
m.a.) single
frequency
receiver
11-21
35
13-26
8
6-8
21-81
17-32
Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)
Receiver elevation
masking angle
5°
10°
15°
Number of visible
GALILEO satellites
13
11
9
Number of visible
GPS satellites
12
10
8
Total
25
21
17
Maximum number of visible satellites for various masking angles
GŁÓWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS
ŚWIAT
wartość/liczba sztuk
EUROPA
wartość/liczba sztuk
200 mln dol./brak danych
45 mln euro/brak danych
NAWIGACJA MORSKA
Systemy nawigacyjne
Stacje referencyjne
57 mln dol./28 tys.
15 mln euro/6 tys.
ZARZĄDZANIE FLOTĄ
170 mln dol./125 tys.
40 mln euro/20 tys.
NAWIGACJA SAMOCHOD.
Odbiorniki
Mapy cyfrowe
2200 mln dol./2 mln
600 mln euro/0.5 mln
2 mln dol./1 tys.
1 mln euro/ 0.5 tys.
GEODEZJA, MAPY
Odbiorniki i programy
225 mln dol./15 tys
45 mln euro/3 tys.
ROLNICTWO
Odbiorniki i programy
25 mln dol./2.5 tys.
5 mln euro/0.6 tys.
TELEFONIA KOMÓRKOWA
brak danych/283.6 mln
brak danych/93.5 mln
SERWIS TELEMATYCZNY
brak danych
80 mln euro/brak danych
RYNEK
LOTNICTWO
Systemy pokładowe
Systemy naziemne
TRANSPORT KOLEJOWY
75
76
77
CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOS
Możliwości wykonywania pomiarów za pomocą wszystkich rodzajów
profesjonalnych odbiorników GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)
oraz automatycznego opracowania wyników pomiarów w systemie
obliczeniowym ASG-EUPOS.
Zastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesów
wykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zarówno
w zakresie:
- komunikacji i sterowania stacjami,
- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS,
- wykonywaniem obliczeń użytkowników w trybie post-processingu,
- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnych.
Zastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy
systemu
poprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza
koszty rozbudowy
systemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPS.
kieruje działaniem całości
systemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PL.
System ASG-PL dostępny jest dla użytkowników przez 24 godziny na dobę
poprzez stronę WWW systemu: http://www.asg-eupos.gov.pl
78
79
DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA
80
LITARATURA
[1]. Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej, Margonin, 05.2006,
Szkolenie SIP dla DGLP.
[2]. Podstawy Technologii Satelitarnych Systemów Lokalizacyjnych
GPS, GLONASS, Piotr Frączyk, NAVI sp. z o.o. , Mariusz Figurski,
Politechnika Warszawska, Grzegorz Modliński, NAVI sp. z o.o. ,
Zofia Rzepecka, ART Olsztyn, Anna Tyranowska, CBK PAN
[3]. [11] http://www.navi.pl/?mright=gps_artykuly_&mitem=uklady,
Układy współrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względem
globalnego układu WGS84, Jacek Lamparski, Instytut Geodezji ART.
Olsztyn
81