Gass- global navigation sattelite system ( wspolna nazwa dla wszystkich systemów nawigacyjnych) Pierwszy system nawigacyjny transit1B – bazował na 4-10 satelitach , dokładność wynosiła ok. 1m Aktualnie mamy : GPS Navstar – USA, GLONASS Rosyjski
GNSS-1
a) Systemy nawigacyjne (globalne )
gps, glonass – segment kosmiczny
b) systemy wspierające
-sbas- satellite based automatic system
-gbas- Ground based automatic system
GNSS-2 (2giej generacji)
- Galileo europejski
-Kompass- chinski
-IRNSS indyjski
SBAS ( waas – syst. Wspomagania szerokiego zasięgu, egnos, MSAS + GAGAN ind. + BEIDU chiński) GBAS ( EPIN, IGS –globalne) ) ( krajowe lub regionalne (GRAS, AUSPOS, ASG EUPOS, CORS, SAPOS, SWEPOS)
GPS NAVSTAR
Amerykański radiowy satelitarny system wyznaczania pozycji, prędkości oraz transferu czasu. Nie działa w pomieszczeniach zamkniętych, nieograniczona liczba użytkowników.
Składa się z 3 segmentów: satelitarna , kontrolna , użytkownika.
Konstelacja satelitów
Wysokość orbity 20 200 km, czas obiegu 11:58 , nachylenie orbity 55o , liczba płaszczyzn 6 , po 6/5
satelitów, liczba satelitów 24 – zmienna .
Częstotliwość podstawowa 10,23 mhz , częstotliwości fal nośnych L1, L2 154/120 * 10.23 MHz, projektowana L5 115*10,23 Mhz,
Publiczny , faza operacyjna od 2015r. , płaszczyzn 3 , liczba satelit 30, 10 kodów , kompatybilny z gps, Usługi w ramach Galileo: OAS – bezpłatny nawigacyjny, CS dokładność 0,8m płatny, PRS dla służb państwowych, SOL dla międzynarodowych agencji- do nawigacji, SAR dla ratownictwa.
COMPASS
30 satelitów , globalny system chiński , 4 częstotliwości zgodne z Galileo , L1 pokrywa się SYSTEMY SBAS
WAAS na terenie są rozmieszone stacje śledzące satelity , obliczana jest ich pozycja chwilowa , różniąca się od pozycji rzeczywistej o błąd systemowy, redukujemy wpływ błędów, a poprawki przesyłane są do satelitów geostacjonarnych.
Informacja kodowa |-|_|- od 1 do -1 gdzie 1 to faza zgodna , odwrócenie fazy o 180 stopni przy zmianie, kodu binarnego:
a) navigation message ( zawiera informacje o satelitach , przybliżone XYZ , współrzędne modelu opoźnienia jonosferycznego .
b) C/A c) P/Y, d) L2C, e) L1C
Kody sygnał binarny zero jedynkowy , przypadkowy, służy do pomiaru pseudo odległości, każdy satelita emituje inna sekwencje kodu, C/A 1,023 MHz , czas transmisji 1 milisekunda
P/Y 10,23 MHz nakładany bezpośrednio na fale nośną , czas transmisji 266 dni
L2C 1,023 MHz , czas transmisji 1 milisekunda
Dokładności
3-5m dla odbiorników autonomicznych , 1-2m dla pomiarów automatycznych z korektą DGPS 0,01-0,02 m dla pomiarów względnych z użyciem obserwacji fazowych (dla geodezji )
GLONASS
Powstał w latach 70tych, radiowy satelitarny system wyznaczania pozycji, prędkości oraz transferu czasu. Nie działa w pomieszczeniach zamkniętych, nieograniczona liczba użytkowników.
W Europie mamy 30 stacji śledzących GBAS,
Działanie systemów GNSS
- realizacja liniowego wcięcia przestrzennego , pomiar odległości od satelity do odbiornika odległość = V x t (prędkość czas)
Odległość – suma pewnej liczby pełnych cykli fazowych emitowanej fali + czesc ułamkowa cyklu. P= N λ + Φλ - pomiar fazowy
Odbiornik zegar kwarcowy, satelita – zegar atomowy
Mając odległości do kilku (min 4 satelit, ) możemy zrealizować przestrzenne wcięcie liniowe. Dzięki czemu wyznaczymy pozycję odbiornika.
Pseudo odległość nie uwzględnia błędów zegara , W geodezji wyznaczamy różnice dwóch pozycji odbiorników , odbierających sygnały od tych samych satelitów , dokładność wyznaczenia pozycji względnej 1-10 mm, wektory GPS
UKŁĄDY WSPÓŁRZĘDNYCH REALIZOWANYCH TECHNIKAMI SATELITARNYMI
Geodezja – określa kształt ziemi
Geodezja
Geoida – jedna z powierzchni ekwipotencjalnych
, nie opisywalna matematycznie.
Elipsoida obrotowa – dwie osie , zmienna
krzywizna , trudna geometria na tej powierzchni
Sfera powierzchnia kuli
Kartografia
Od lat 80tych stosujemy jedna elipsoide aproksymujacą powierzchnie ziemi GRS 80 , WGS 84
Długość lambda, szerokoś fi
Odwzorowania :
1 azymutalne – na płaszczyzne styczną bądź sieczną
2 stożkowe - na powierzchnię stożka
3 walcowe na powierzchnię walca
Układ odniesienia – praktyczna realizacja systemu odniesienia , składa się z wartości parametrów opisujących początek układu , skalę , orientację osi oraz ich zmienność czasie
System odniesień - zbiór ustaleń i zaleceń wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi i ich zmienności w czasie
Układ współrzędnych – określa jednoznacznie sposób przyporządkowania położenia punktu względem układu odniesienia –zbiór wartości liczbowych.
Układy odniesienia
Statyczne – zdefiniowany przez zbiór współrzędnych punktów – układ niebieski układem statycznym Kinematyczne – zdefiniowany przez współrzędne punktów realizujących system odniesienia oraz zmiany w czasie współrzędnych tych punktów (prędkości)
Przejście z ortokartezjańskiego do biegunowego
[ x ; y ; z] = [ s cosu cos ; s cosu sinv ; s sinu ] gdzie s to odległość , v- kat poziomy , u kat pionowy V= arctg (y/x) u= arctg ( z/ sqrt( x^2 + y^2) ) s= sqrt( x^2 + y^2+ z^2)
Mamy jeszcze układ geocentryczny i topocentryczny
Międzynarodowy ziemski system odniesienia – zdefiniowany przez przestrzenny obrót względem ICRS, przy spełnieniu warunków ( układ geocentryczny w srodku mas ziemskich + woda + atmosfera, orientacja ITRS zgodna z orientacją Międzynarodowego biura czasu BIH dla epoki 1984.0
ITRS
System kinematyczny , realizowany przez estymacje współrzędnych i prędkości z obserwacji: VLBI LLR GPS SLR DORIS
Realizacje ITRF jako układu kinematycznego definiują współrzędne stacji służby IERS podane na epokę i ich pochodne względem czasu (prędkości). Do zadań służby IERS należą:
1. definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia ICRS i jego realizacja w postaci układu odniesienia ICRF;
2. definicja Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS i jego realizacja w postaci układu odniesienia ITRF;
3. Wyznaczanie parametrów orientacji Ziemi (Earth Orientation Parametres, EOP) i ich zmian na potrzeby transformacji między ICRF i ITRF;
4. Analiza przestrzenno-czasowa danych geofizycznych do interpretacji zmian ICRF, ITRF i EOP
oraz ich modelowania;
5. Określanie standardów, stałych i modeli (konwencje).
IERS zrzesza następujące służby obserwacyjne:
1. Międzynarodową Służbę VLBI – IVS;
2. Międzynarodową Służbę SLR i LLR – ILRS;
3. Międzynarodową Służbę GNSS (GPS/GLONASS) – IGS;
4. Międzynarodową Służbę DORIS – IDS.
VLBI : czas dotarcia fali do dwóch różnych teleskopów, z trójkąta przestrzennego wyliczamy wektor, punkty oddalone do kilku tysięcy kilometrów , podstawowa służba geodezyjna , realizacja systemu niebieskiego , parametry ruchu obrotowego ziemi , zjawisko precesji i nutacji , realizacja układów ITRS , ICRS (ITRS został zdefiniowany przez przestrzenny obrót względem nie obracającego się systemu geocentrycznego ICRS (Międzynarodowy Niebieski System Odniesienia))
Pomiar odległości do satelitów lub księżyca za pomocą wiązki laserowej ( do satelitow z dokładnością
<1cm,) systemy te służą do wyznaczania środka masy ziemi ( w dowolnym czasie środek ten znajduje się w kulce z” dokładnością 1cm” sztuczne satelity – latające kulki z pryzmatami, (Lageos) Międzynarodowa służba GNSS igscb.jpl.nasa.gov – ok. 370 stacji – rozmieszczone na głównych strukturach geologicznych , ruchy płyt i ruchy wew. płyt. Dokładności do milimetra.
Międzynarodowa służba DORIS , pomiary dopplerowskie, do precyzyjnego wyznaczania orbit i precyzyjnej lokalizacji naziemnej.
ITRF.ensg.ign.fr
Realizacje ITRF 2000:
Realizacje ITRF 2005:
początek układu: średnia ważona z centrów
-||-
analiz dla SLR
skala układu i jej zmienność w czasie: średnia
ważona z obserwacji centrów analiz VLBI , SLR
-||-
orientacja układu wyznaczona na podstawie
Parametry obrotu są zerowe na epokę 2000.0 i
wybranych stacji ITRF , charakteryzuje się
ich zmiany między ITRF 2005, ITRF 2000 są
wysoką jakością , rotacja na epokę 1997.0 ,
zerowe
zmienność rotacji w czasie, nie zawiera
składowych obrotu
Stacje mogą realizowac 1-2-3 lub 4 techniki , im wiecej technik tym dokładniejsze wyznaczenie.
Warunki dla stacji:
- minimalny okres obserwacji 3 lata
- poza strefami deformacji, na stabilnych płytach
-błąd średni wyznaczonych prędkości 3mm/rok
- residua prędkości 3mm/rok dla 3 ostatnich rozwiązań
Układ ITRF układ kinematyczny , definiująco współrzędne stacji X`yy ( w ramach IERS) ETRS europejski system odniesienia , opiera się na 15 stacjach ( 8 SLR, 7 VLBI ), pomiary Gass, realizowany permanentnie.
Praktyczna realizacja systemu ETRS 84, założenia teoretyczne potwierdzone obserwacyjnie.
Osnowa techniką satelitarna na poziomie kraju.
Punkty nawiązania – punkty sieci globalnej , przeliczamy współrzędne do epoki odniesienia, wyrównanie sieci (obserwacje to wektory GNSS(GPS)-L
Jak normalny rachunek wyr. Musi być spełniony warunek XntPnXl = min Xn pkty nawiązywane Xl ustalony układ [dx, Dy, dz], wyrównanie swobodne, dopuszczam zmiane wspł w granicy błedu, wyrównanie pozwala dopasować rozwiązanie do ramy utworzonej przez punkty nawiązania
Możemy przejść na ETRF 89 na epoke obserwacji
Praktyczna realizacja dla kraju
-11 pktów na terenie Polski , specjalnie stabilizowane , 5 dób osbesrwacji , wyrównane (euref-pol ? )
- zagęszczenie sieci technika Gass punkty polref co 25 km , , siec trójwymiarowa podstawa katalogów.
ASG-EUPOS – alternatywa dla polrefu, stacje co 70 km , siec dla pomiarów geodezyjnych
Reguluje to rozporządzenie z dnia 24 sierpnia 2000, państwowy system odniesien przestrzennych w Polsce (asg eups , Euref-pol , polref )
ETRS 89 = pomiary okresowe + pomiary permanentne
System Wysokości instr. G-2 szczegółowa pozioma i wysokościowa osnowa geodezyjna.
Geoida niwelacyjna (quasi geoida) – efekt osnowy zintegrowanej, pow. Ekwipotencjalna
ETRF89 siec geodezyjna m zbiór punktów których znane jest wzajemne położenie
DGPS – wyznaczenie pozycji względem stacji referencyjnej
ETRS89 europejski system odniesienia na eopkę 89
EVRF- europejski układ odniesienia wysokości
Fi, lambda – 2D
h elips. -1D
Razem daja 2,5D
h + dN Hn ( +/- 2mm/km, dN undulacja)
Gnss + niwelacja Hn = 3D
Osnowa Pozioma II klasyczna mp <5cm IIs <3cm nawiązania I, Is
III klasyczna mp<10 cm , IIIs mp<7cm nawiązania I, Is, IIs
Błąd wysokości H
Fi , lambda , h Hn dla III klasy 10 mm / dla IV klasy 20mm , nawiązanie I lub II Osnowa wielofunkcyjna – fi lambda h , Hn , xy 2000, xy1992
Osnowa zintegrowana = osnowa wielofunkcyjna + osnowa grawimetryczna i osn. Magnetyczna Osnowę podstawową tworzą:
11 pkt EUREF-POL : fi lambda h , Hn (2kl. Wys) , xy 2000, xy1992 xy65
386 POLREFów: fi lambda h ( Is ), Hn , , xy 2000, xy1992 xy65
98 pktów ASG-EUPOS fi lambda h ( Is ), , xy 2000, xy1992
Wyznaczone technika satelitarna GNSS trójwymiarowa osnowa
--------------
3500 pktów SAG fi lambda ( I ) xy 2000 92 65, Hn z przeliczenia – dokładności do decymetra Osnowa wysokościowa
63 pkt. Sieci EUVN (EVRF) o wspłrzednych fi lambda h, Hn IIwys , dowiązane do I , xy 2000 , 92
k
Repery sieci Iw IIw , Hn
Zakładanie osnowy w mieście.
Konstrukcja sieci trójkątów, zewnętrzne nawiązania na 3x Is , 3x IIw , w ten sposób otrzymamy punkty IIIs , których wspł przeliczamy na xy2000.
Ilość łączna wektorów GPS w zależności od ilości punktów –n , =2n, wektory niezależne n-1, wektory niezależne muszą być pomierzone w tym samym czasie
Jeśli mamy 9 obserwacji z czego k=3 niezależne, r=6 nadliczbowych (to 6= liczba stopni swobody) Przed wyrównaniem musimy przejeść z Hn punktów nawiązania na h. Is h+/- 1cm , Iw h+/- 2cm Psujemy własną sieć , z dokładności milimetrowych nakładamy nawiązania centymetrowe
Standardy danych GNSS formaty NMEA , RTCM
Pomiary rzeczywiste, wyznaczenie wektora w terenie. ( podział na)
DGPS- pomiary bezwzględne z wykorzystaniem stacji bazowej, pseudoodległości poprawiane o korekty ze stacji referencyjnych ( odbiornik sygnału DGPS, odbiornik ruchomy,i stacja referencyjna , odbiornik pobiera dane z satelit i korektę „dr” ze stacji o znanych współrzędnych ) Poprawki wyznaczane do każdej pseudo odległości oraz wyznaczana jest prędkość zmiany poprawki , używany w precyzyjnej nawigacji ,
RTK – Real time kinematic wyznaczony jest wektor pomiędzy stacja referencyjną XYZ a stacją mobilną (te same satelity „obserwują” stację referencyjną ( kilka stacji) o znanych XYZ oraz odbiornik mobilny ) rozwiązania/ metody pomiaru RTK z uwzględnieniem poprawek
1. MAC dane obliczone wysyłane do stacji najbliżej odbiornika
2. VRS wirtualna stacja referencyjna w odległości 1m od odbiornika mobilnego, zawiera dane obliczeniowe
3. FKP – poprawka powierzchniowa – odbiornik otrzymuje funkcję, z której wylicza sobie poprawkę zależnie od położenia
Formaty danych:
1 RINEX (reciver indenpendent Exchange format)
2 NMEA transmisja z odbiornika do innych urządzeń pozycjonowania w czasie rzeczywistym , forat danych ASCII
3. RTCM transmisja danych pomiędzy odbiornikami GNSS
NMEA- przesyłanie danych z odbiornika do urządzeń rejestrujących pozycję odbiornika, utworzone przez NMES, dane w formatach NMEA 0183 dla odbiorników GPS , format otwarty –znaki ASCII , transmisja szeregowa , składa się z depesz
Parametry transmisji: v= 4800m 8bit, bity stopu 1 lub 2 (wyłączona parzystość), odbiornik wysyłający i odbierający musi mieć takie same parametry,
$aaaaa, df1, df2 …. [Carriage Return] [ Line Feed]
3 typy depesz :
- talker – depesza informacyjna format: $ttaaa, d...