1. Wyjaśnij IGS

Międzynarodową Służbę GNSS (IGS – ang. International GNSS Service). Jej głównym zadaniem jest wsparcie badań naukowych, działalności edukacyjnej i innej poprzez dostarczanie środowisku międzynarodowemu produktów GNSS o wysokiej precyzji. Służba IGS dostarcza poprzez swoją witrynę internetową następujących produktów:
-efemerydy satelitów GPS i GLONASS,
-współrzędne i prędkości stacji IGS,
-parametry zegarów satelitów i stacji IGS,
-parametry EOP (ruchu obrotowego Ziemi),
-parametry jonosfery (mapy TEC – ang. Total Electron Content),
-paramery troposfery (opóźnienie troposferyczne – ZPD – ang. Zenith Path Delay).

1. Budowa systemu GPS, poszczególne segmenty

Segment satelitarny (kosmiczny) jest konstelacją składającą się z co najmniej 24 satelitów (obecnie 32). Każdy z satelitów transmituje informację czasową oraz dane nawigacyjne. Satelity rozmieszczone są na 6 orbitach nachylonych pod kątem 55⁰ do równika, na wysokości około 20200km.

Segment kontrolny składa się z:
- Głównej stacji analizująca stan techniczny satelitów i decydująca o koniecznych korektach,
- bezzałogowych stacji śledzących, które stale mierzą pseudodległości, fazy nośne i gromadzą depesze nawigacyjne satelitów, (obserwacje satelitów, tworzenie skali czasu, kontrola efemeryd).
- stacje korygujące przesyłające dane aktualizujące pamięć satelitów, synchronizujące czas zegara satelity i inne komendy dotyczące ich funkcjonowania. (Anteny nadawcze- przesyłanie danych na satelitę.

Segment użytkowników składa się z różnorodnych odbiorników służących do odbioru oraz przetwarzania sygnału i dekodowania informacji satelitarnej. Zastosowania nawigacyjne, geodezyjne, transfer czasu.

1. Wyjaśnij szczegółowo: pseudoodległość

Pseudoodległość pomierzona pomiędzy satelitą s i odbiornikiem k jest równa:

Pks=(t_k-t^s)c t_k-t^s – opóźnienie sygnału

Podstawowe równanie obserwacji kodowych uwzględniające także błąd parametrów orbity satelity oraz wpływ degradacji sygnału SA, będzie miało następującą postać:

Pks   ( dt^s  dt_k) c  Iks Tks M_k  SA

1. Wymienić obserwacje rejestrowane przez odbiornik dwuczęstotliwościowy z kodem P.

Kod precyzyjny P (Precision/Protected), zarezerwowany dla celów militarnych USA i innych upoważnionych odbiorców, moduluje obie częstotliwości L1 i L2.

1. Pełne równanie obserwacji kodowych w postaci liniowej (opisać poszczególne elementy)

patrz pyt. 3

1. Prawa Keplera

Trzy prawa Keplera opisują ruch planet dookoła słońca.

Pierwsze prawo Keplera–orbita każdej planety jest elipsą, przy czym Słońce znajduje się zawsze w jednym z ognisk orbity.

Drugie prawo Keplera – prędkość polowa każdej planety jest stała, co oznacza, że wektor położenia planety zakreśla w jednakowych interwałach czasu równe pola.

Trzecie prawo Keplera–stosunek kwadratu okresu T obiegu planety dookoła Słońca do sześcianu średniej odległości R od niego jest dla wszystkich planet Układu Słonecznego stały:

T²/R³=const.

1. Jakie podstawowe częstotliwości transmituje satelita systemu GPS. Wymienić i podać wartości

Satelita GPS ciągle transmituje kodowane fazowo sygnały na 2 częstotliwościach fal radiowych L1 i L2 będących wielokrotnościami częstotliwości podstawowych
L1 = 154•f0 = 1575,42 MHz
L2 = 120•f0 = 1227,60 MHz

Używane są dwa czynniki rozpraszające:

Kod C/A kod ogólnodostępny (coarse/acquisition-akwizycji zgrubnej) modulowany na częstotliwości L1. Długośc kodu wynosi 1023 bitów odmiennych dla każdego satelity. Czestotliwość = 1.023 MHz, Czas transmisji kodu 1 milisekunda.

Kod P/Y zarezerwowany dla celów militarnych USA i innych upoważnionych odbiorców (precise-dokładny) moduluje obie częstotliwości L1 i L2. Kod P jest sekwencją trwającą 266 dni, każdy z satelitów ma przypisany jednotygodniowy segment tego kodu. Struktura kodu jest niejawna. Częstotliwość = 10.23 MHz (dł. Fali = )

Depesza nawigacyjna nałożona jest na kod P i kod C/A. Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co 4 h. Depesza zawiera dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach. Dodatkowo transmitowane są dane o "zdrowiu" satelitów, współczynniki do modelu opóźnienia jonosferycznego, współczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC.

1. Wyjaśnij: ambiquity

2. Wyjaśnić zaznaczone obserwacje z pliku Rinex

3. Ile czasu zajmuje satelicie okrążenie Ziemi?

4. Jaki wpływ na dokładność wyznaczenia pseudoodległości w GPS może mieć Selective Availability?

Wpływ zakłóceń SA dla pozycji wyznaczanej przez odbiornik w trybie Stand Alone może wynosić do 100 m w płaszczyźnie poziomej i do 156 w pionowej. Decyzją Prezydenta Stanów Zjednoczonych, SA zostało wyłączone z dniem 2 maja 2000 r. Dzięki tej decyzji możemy uzyskiwać dokładności wyznaczenia pozycji autonomicznej za pomocą odbiorników nawigacyjnych rzędu 10 m dla współrzędnych poziomych oraz 15 m dla wysokości.

1. Wyjaśnij SPS

SPS - Standard Positioning Service is the positioning accuracy that is provided by GPS measurements based on the single L1 frequency C/A code [U.S. DoD/DOT, 1982].

1. ASG-EUPOS – opisz

ASG-EUPOS (Aktywna Sieć Geodezyjna EUPOS^[1]) – sieć składająca się z 98 stacji permanentnych, zlokalizowanych w instytucjach naukowych^[2] oraz w Ośrodkach Dokumentacji Geodezyjno-Kartograficznych na obszarze Polski, ze średnią wzajemną odległością 70 km.

System służy do generowania i wysyłania do odbiorców poprawionego sygnału GNSS (czyli GPS i GLONASS), dzięki czemu można znacznie zwiększyć dokładność lokalizacji punktu na powierzchni ziemi za pomocą urządzeń GPS.

System umożliwia, przy wykorzystaniu pomiaru GPS-RTK, lokalizację z dokładnością 3 cm (składowa pozioma) i 5 cm (składowa pionowa). Natomiast w systemie POZGEO i POZGEO-D dokładność wyznaczenia pozycji w post-processingu może być rzędu 1 mm. System ASG-EUPOS jest w pełni funkcjonalny od czerwca 2008. Wcześniej podobny system, ASG-PL, istniał jedynie dla Województwa Śląskiego (od 2004) i umożliwiał porównywalne dokładności dla całego obszaru województwa. ASG-EUPOS był wzorowany na śląskich rozwiązaniach w zakresie poprawy jakości pozycjonowania w systemie GPS^[3].

Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii oraz doświadczeń pozycjonowania System ASG-EUPOS daje możliwości wykorzystania swoich usług w wielu branżach, w których wysokiej jakości dane mają duże znaczenie. Przewiduje się, że zastosowanie systemu ASG-EUPOS przydatne będzie w następujących branżach:

• Bezpieczeństwo

• Budownictwo przemysłowe

• Geodezja i geodynamika

• Komunikacja drogowa

• Nawigacja morska, śródlądowa i powietrzna

• Hydrografia i hydrologia

• Energetyka

• Obronność

• Ochrona środowiska

• Zarządzanie kryzysowe

• Ochrona zdrowia

• Rolnictwo i leśnictwo

• Sport i turystyka

• Systemy Informacji Przestrzennej

• Telekomunikacja

1. Jakie informacje zawiera nazwa pliku obserwacji odbiornika Ashtech

2. Pełne równanie obserwacji fazowych w postaci liniowej (opisać poszczególne elementy)

wykłady I, slajd 66

1. Refrakcja jonosferyczna, troposferyczna, inne błędy.

I Błędy wynikające z działania systemu:
-Błędy efemeryd
Różnica między prawdziwymi a podawanymi w depeszy nawigacyjnej położeniami satelity na orbicie.
Wynikają one z niedokładności modelu ruchu satelity oraz nieprzewidywalnych perturbacji, a także mogą być fałszowane degradacja sygnału SA (do 2.1m)

- Zegara w satelitach i odbiornikach
Spowodowany niedokładną synchronizacją wzorców satelitarnych do czasu GPS

- Wynikające z konstelacji satelitów (DOP)
Wzajemne geometryczne ustawienie satelitów. (im mniejszy DOP tym lepiej)

II Wynikające z faktu propagacji sygnału w ośrodku materialnym oraz błędy powstające w urządzeniach odbiorczych oraz celowe zakłócenia (SA)

-Refrakcja jonosferyczna
Obecność swobodnych elektronów w jonosferze zmienia kierunek i prędkość propagacji sygnału satelitarnego GPS. Zależy od stanu aktywności jonosfery, może wynosić od kilku metrów do 10-20 w czasie jej silnej aktywności
- Refrakcja troposferyczna
Na zniekształcenie pomiaru odległości do satelity wpływają zmiany prędkości rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w troposferze na skutek zmian gęstości powietrza, wilgotności, temperatury i ciśnienia. Wpływ na błędy pseudodległości wynoszą 2m dla satelity w zenicie i aż 20 –25 dla satelity o wys. horyz. 5º. Błędy refrakcji troposferycznej można wyeliminować do 90% w pomiarach GPS używając modelu uwzględniającego wysokość elewacji satelity.
-Multipath (wielotorowość)
Ma miejsce wtedy, gdy do anteny odbiornika docierają nie tylko sygnały bezpośrednio (najkrótszą drogą) lecz także odbite od obiektów będących w pobliżu anteny. Błąd pomiaru pseudodległości w granicach 10 do , a w pewnych przypadkach, wśród wysokich budynków nawet do 100m.
Wpływ efektu multipath można określić z pewnym przybliżeniem wykorzystując 2-częstotliwoścowe obserwacje kodowe i fazowe lub stosując specjalne anten, które niwelują efekt odbić sygnałów.
-SA – Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu - dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz precyzyjny dla armii USA. Standardowy dostęp ze względów technicznych daje dokładność rzędu kilku metrów. Jednak ze względu na możliwość zastosowania nawet takiej informacji w działaniach militarnych, sygnał cywilny był zakłócany pseudolosowym błędem - w wybranych miejscach Ziemi, a później globalnie. Dokładność ustalenia pozycji spadała do około w płaszczyźnie i do ok 150 w pionie. Błąd ten można było kompensować pod warunkiem znajomości metody zakłócania, oczywiście tajnej. Zakłócanie sygnału nazywane było Selective Availability. Selective Availability polegało na wprowadzeniu zmian parametrów orbit w depeszy nawigacyjnej oraz zaburzenia częstotliwości zegara satelity. Cywilni odbiorcy znaleźli co prawda metody na omijanie tych zakłóceń - wystarczyło stojąc w jednym miejscu uśredniać wskazania przez dłuższy okres czasu. Taki sposób nie nadawał się jednak do zastosowania np. na pocisku kierowanym przez GPS. Odbiorniki cywilne są wyposażane w zabezpieczenia uniemożliwiające zastosowanie ich w niektórych dziedzinach. W szczególności, przestają działać po przekroczeniu pewnej prędkości - starsze odbiorniki , nowsze rzędu . 1 maja 2000 prezydent USA Bill Clinton nakazał usunięcie celowego zakłócania sygnału, dzięki czemu dokładność określania pozycji dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 4-.

1. Z czym związana jest ilość swobodnych elektronów TEC?

Od gęstości tych elektronów zależy głównie refrakcja jonosferyczna.

1. Jakie błędy eliminuje technika DGPS?

Do błędów tych należy zaliczyć wpływ jonosfery i troposfery na propagację sygnału radiowego, błędy zegara satelity, błędy efemerydalne

oraz błąd degradacji sygnału satelitarnego SA (zakłócenia nie aktywne po decyzji prezydenta Stanów Zjednoczonych o wyłączeniu SA z dniem 2 maja 2000). Stosując technikę DGPS możemy w czasie prawie rzeczywistym wyznaczyć pozycję obiektu ruchomego z dokładnością od 0.5m do 3 metrów, w zależności od klasy wykorzystanego sprzętu i warunków satelitarnych w trakcie obserwacji.

Całkowicie wyeliminowane zostały błędy zegara satelity (ok. 2m) oraz degradacji SA (ok. 30m). Błąd opóźnienia jonosferycznego z ok. 8m może zmniejszyć do ok. 0.4m, zaś opóźnienia troposferycznego z ok. 2m do ok. 0.3m

1. Czym się różni odbiornik nawigacyjny od odbiornika geodezyjnego?

2. Wyjaśnij i opisz: SA

W celu ograniczenia pełnego wykorzystania możliwości systemu GPS przez zwykłych użytkowników, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych celowo wprowadził pewne zakłócenia na sygnały wysyłane przez satelity. Pierwszy z nich to tzw. ograniczony dostęp, SA (Selective Availability). Są to zaburzenia wartości parametrów orbit satelitów oraz zakłócenia w informacji o częstotliwości zegarów. Wpływ zakłóceń SA dla pozycji wyznaczanej przez odbiornik w trybie Stand Alone może wynosić do 100 m w płaszczyźnie poziomej i do 156 w pionowej. Decyzją Prezydenta Stanów Zjednoczonych, SA zostało wyłączone z dniem 2 maja 2000 r. Dzięki tej decyzji możemy uzyskiwać dokładności wyznaczenia pozycji autonomicznej za pomocą odbiorników nawigacyjnych rzędu 10 m dla współrzędnych poziomych oraz 15 m dla wysokości.

1. Wyjaśnij RRC.

Wartość poprawki obliczona w odbiorniku na stacji referencyjnej w czasie t0 w rzeczywistości dociera do odbiornika ruchomego z pewnym opóźnieniem t-t0, które powinno być uwzględnione do wyznaczeń pozycji z obserwacji kodowych. Dlatego stacja referencyjna DGPS, oprócz podstawowej wartości poprawki różnicowej PRC (Pseudo Range Correction), wysyła także szybkość zmian tej poprawki RRC (Rate of Pseudo Range Correction).