Metody pomiaru GNSS w
czasie rzeczywistym
Metody określania poprawek
" Porównanie współrzędnych stacji referencyjnej i
ruchomej. Ró\
nice współrzędnych stacji
referencyjnej wyznaczone i zadane sÄ…
poprawkami roznicowymi.
" Pomiar pseudoodległości na stacji referencyjnej.
Porównanie pseudoodległości wyznaczonej i
wyliczonej z przyjętych współrzędnych
referencyjnych.
" Pseudosatelita. Stacja referencyjna traktowana
jest przez odbiornik u\
ytkownika jako
pseudosatelita. Stacja referencyjna musi mieć
stabilny wzorzec częstotliwości.
Metody transmisji poprawek
" Częstotliwości nośne radiolatarni 283,5 
325 kHz, zasieg praktyczny do 100-
200km, max. Prędkość transmisji 200
bodów.
" UKF > 30MHz
" Czestotliwość  satelitarna 1,5 GHz.
"  Dark channel RDS
" GPRS, Internet
RTCM
" Format RTCM
" Wymiana informacji między poszczególnymi elementami struktury sieci i
odbiorcą końcowym, wymaga unifikacji formy komunikacji. Na potrzeby
metod ró\
nicowych Specjalny Komitet 104 powołany przez Radiotechniczną
KomisjÄ™ SÅ‚u\
b Morskich (RTCM) opracował format 2.0 w którym dane
korekcyjne mają być przesyłane do odbiorcy końcowego. Struktura
standardu jest zbli\
ona do depeszy nawigacyjnej RINEX z tą ró\
nicÄ…, \
e
dopuszczono zmianę długości słowa w niektórych depeszach.
" Pełna depesza składa się z 30-o bitowych słów poprzedzonych 2-u bitowym
nagłówkiem. Pierwsze 24 bity stanowią człon informacyjny wiadomości, 6
pozostałych słu\
y do kontroli parzystości kodu Hamminga.
" Kolejne wersje formatu RTCM 2.x były udoskonalane o następujące
elementy:
 RTCM 2.0: poprawki kodowe DGPS
 RTCM 2.1: ... + poprawki fazowe PDGPS (1993 r.)
 RTCM 2.2: ... + GLONASS (1998 r.)
 RTCM 2.3: & + dane o antenie GPS (2001 r.)s
TYP PRZEZNACZENIE
WIADOMOÅšCI
1 Poprawki ró\
nicowe DGPS
2 Poprawki ró\
nicowe delta DGPS
3 Parametry stacji referencyjnej
4 Geodezyjna (wycofana)
5 Zdrowie konstelacji GPS
6 Zakres zerowy
7 Almanach radiolatarni DGPS
8 Almanach pseudosatelity
9 Poprawki ró\
nicowe szybkozmienne
10 Poprawki ró\
nicowe  kod P
11 Poprawki delta: C/A kodowe, L1, L2
12 Parametry pseudosatelity
13 Parametry naziemnej radiostacji
14 Tydzień GPS
15 Stan jonosfery
16 Wiadomości specjalne
17 Efemerydy
18 Pomiar fazy sygnału nośnego (typ 20 nieu\
ywany)
19 Pomiar pseudoodległości (typ 21 nieu\
ywany)
RTCM 2.1
20 Pomiar fazy sygnału nośnego (typ 18 nieu\
ywany)
21 Korekcja pseudoodległości (typ 19 nieuzywany)
22 Parametry stacji referencyjnej
23 Typ anteny
RTCM 2.3
24 Współrzędne punktu referencyjnego anteny
25, 26 Niezdefiniowane
27 Almanach radiolatarni DGPS
28& 30 Niezdefiniowane
31 Poprawki ró\
nicowe  GLONASS
32 Stacja referencyjna  GLONASS
33 Zdrowie konstelacji GLONASS
RTCM 2.2
34 Poprawki ró\
nicowe GLONASS
35 Almanach radiolatarni GLONASS
36 Wiadomość specjalna GLONASS
37 Poprawka czasu GNSS
38& 58 Niezdefiniowane
59 Wiadomości zastrze\
one
60& 63 Ró\
ne przeznaczenie
Systemy RTK
" Real Time Kinematic  bezpośredni pomiar
kinematyczny - nale\
y do grupy pomiarów względnych.
" Koncepcja opiera się na ró\
nicowych pomiarach
fazowych. Zaletą takiego podejścia jest mo\
liwość
wyznaczenia ró\
nic odległości pomiędzy dwoma
odbiornikami z dokładnością 10-2 cyklu fazowego czyli
pojedynczych milimetrów.
" Najpowa\
niejszą wadą jest konieczność zachowania
dostatecznie bliskiej odległości pomiędzy odbiornikami
tak, aby mo\
liwy był transfer danych korekcyjnych
miedzy stacjÄ… bazowÄ… a odbiornikiem ruchomym.
Systemy RTK
RTK  odmiana sieciowa
" DysponujÄ…c przynajmniej trzema stacjami
połączonymi w sieć mo\
liwe jest
modelowanie wpływu błędów
atmosferycznych na znacznie
rozleglejszym obszarze. Pozwala to
zmniejszyć ilość niezbędnych stacji na
powierzchni 10000 km2 z 30 do 10, co jest
niewÄ…tpliwÄ… zaletÄ… z ekonomicznego
punktu widzenia.
Porównanie charakterystyki pomiarów RTK
opartych o pojedynczą linię bazową i sieć
RTK - pojedyncza linia bazowa Sieć RTK
Dostępność
Dostępność
Niezawodność
Niezawodność
1cm
Dokładność
Dokładność
Odległość
Odległość
RTK  odmiana sieciowa FKP
" System FKP (Flächen Korrektur Parameter).
Niemieckie rozwiÄ…zanie w systemie SAPOS.
" W myśl tej koncepcji dokładność wyznaczenia
pozycji odbiornika ruchomego jest funkcjÄ… jego
poło\
enia na obszarze obejmowanym przez
sieć.
" Korekty zawierają informacje o błędach
mających wpływ na wyznaczenie
pseudoodległości satelita-odbiornik. FKP
odnoszą się do powierzchni równoległej do
elipsoidy WGS-84, na wysokości stacji
referencyjnej
RTK  odmiana sieciowa FKP
Odbiornik mając daną pseudodległość R
wyznacza pseudozasięg Rk poprawiony o wpływ
N0  poprawki geometryczne
błędów pomiarowych z ró\
nicy: Rk = R - ´ r
wolne od wpływu jonosfery w
kierunku N-S
E0 - poprawki geometryczne
wolne od wpływu jonosfery w
kierunku E-W
N1  wpływ poprawki
jonosferycznej w kierunku N-S
E1 - wpływ poprawki
jonosferycznej w kierunku E-W
E- kÄ…t elewacji satelity
H = 1 + 16 *(0.53  E/µ)Å‚
´ r1  wartość poprawki liniowej
wolna od wpływu jonosfery [m]
´ r2  wartość poprawki liniowej
zawierająca wpływu jonosfery
[m]
RTK  odmiana sieciowa FKP
" Sieć stacji referencyjnych dla obliczenia poprawek tworzy
aktualny model wpływu troposfery i jonosfery na pomiary
odbywające się w jej zasięgu. W momencie gdy dochodzi
do zaburzenia sygnału (np. odbicie sygnału od przeszkód
terenowych) system automatycznie wznawia
wyznaczenie poprawek powierzchniowych.
" Niedoskonałość metody FKP polega na tym, \
e przy
du\
ych odległościach między stacjami sieci, parametr
modelu troposferycznego budowanego przez stacjÄ™
referencyjnÄ… nie jest identyczny z modelem odbiornika
ruchomego co prowadzi do błędów. W przypadku u\
ycia
tych samych modeli (w sytuacji gdy odbiornik ruchomy i
stacja referencyjna znajdują się na podobnej wysokości m
n.p.m i odległości nie większej ni\
200km) błąd
wyznaczenia pozycji nie przekracza 2mm. Ró\
nice
dotyczyć mogą równie\
ró\
nych metod budowy modeli
przy zało\
eniu tych samych parametrów.
RTK  odmiana sieciowa FKP
VRS  Virtual Reference Station
(Wirtualna Stacja Referencyjna)
W ogólnym zarysie
koncepcja polega na
wygenerowaniu na
podstawie danych z sieci,
wirtualnej stacji w pobli\
u
odbiornika ruchomego.
Wykorzystuje ona sieć
permanentnych stacji
referencyjnych
połączonych z centrum
kontrolnym poprzez
dowolny moduł wymiany
danych.
VRS  Virtual Reference Station
(Wirtualna Stacja Referencyjna)
" Centrum kontrolne nieprzerwanie komunikuje siÄ™ ze
stacjami referencyjnymi i odbiornikami przesyłającymi
surowe dane z częstotliwością 1Hz.
" Kompletna procedura wyznaczenia pozycji metodÄ… VRS
wygląda następująco:
 Po rozpoczęciu pomiaru przez odbiornik ruchomy, u\
ytkownik
przesyła za pomocą telefonu komórkowego pakiet danych o
swojej przybli\
onej pozycji.
 Po dokonaniu autoryzacji, serwer lokalny wysyła surowe dane
nawigacyjne do centrum kontrolnego.
 Centrum generuje wirtualnÄ… stacjÄ™.
 Informacja o VRS jest wysyłana do odbiornika ruchomego w
formacie RTCM (3, 18, 19) lub CMR2.
Problemy z VRS
 konieczność dwukierunkowej transmisji danych  nie
wprowadzono bowiem uniwersalnego standardu pozwalajÄ…cego
na jednokierunkową transmisję dla wszystkich odbiorników, nie
tylko firmy Trimble. U\
ytkownik jest zmuszony do przesyłania
części danych do stacji referencyjnych poprzez sieć telefonii
komórkowej co zwiększa koszt pomiaru (tym bardziej, im więcej
reinicjalizacji jest niezbędnych do wykonania kampanii)
 podczas gdy jedna z trzech stacji biorących udział w
obliczeniach przestaje dostarczać dane do sieci, system
zmuszony jest do zrestartowania dotychczasowych obliczeń i
wyszukania nowej stacji
 w etapie końcowym metody VRS pozycja odbiornika obliczana
jest w oparciu o pojedynczą linię bazową o małej długości.
Sytuacja ta drastycznie zmniejsza mo\
liwości monitorowania
dokładności i integralności rozwiązania
Master-Auxiliary
" Idea Master-Auxiliary zakłada sprowadzenie obserwacji ze stacji
referencyjnych sieci na wspólny poziom nieoznaczoności.
" Dodatkowo zało\
ono minimalizację ilości danych. Osiągnięto to
poprzez transmisję pełnej informacji o poprawkach i współrzędnych
do stacji głównej. Pozostałe stacje (zwane pomocniczymi) otrzymują
ró\
nice tych wielkości.
" Odbiornik ruchomy odbierajÄ…cy te informacje jest w stanie
zinterpolować wielkość błędu niezale\
nie od swego poło\
enia w
sieci. Umo\
liwia to jednokierunkowÄ… transmisjÄ™ danych.
" Realizacja koncepcji zapewnia u\
ytkownikowi końcowemu
dostarczenie sprawdzonych, precyzyjnych i zestandaryzowanych
danych o jego poło\
eniu podczas kilkuminutowej sesji pomiarowej.
Master-Auxiliary
" Proces przebiegu informacji w sieci mo\
na podzielić na
trzy etapy.
" Krok pierwszy obejmuje wyznaczenie nieoznaczoności
na podstawie surowych obserwacji przetransmitowanych
do centrum obliczeniowego. Celem tej operacji jest
sprowadzenie obserwacji fazowych na wspólny poziom
nieoznaczoności tzn. usunięcie lub dobranie całkowitej
ilości cyklów fazowych tak, aby po utworzeniu podwójnej
ró\
nicowej obserwacji, całkowita ilość cykli została
wyeliminowana. Na tym etapie szczególnie wa\
ne jest
uwzględnienie modelu jonosfery w znacznym stopniu
utrudniającej wyznaczenie nieoznaczoności
Master-Auxiliary
" Etap drugi obejmuje budowanie modelu poprawek dla
obszaru sieci na podstawie dostępnych informacji. Model
ma uwzględniać wpływ błędów pomiarowych w
zale\
ności od poło\
enia odbiornika ruchomego na
obszarze obejmowanym przez sieć. Chodzi tu głównie o
błędy związane z opóz
nieniem atmosferycznym których
wpływ rośnie wraz z odległością między odbiornikiem
ruchomym a stacjÄ… referencyjnÄ…
" Etap trzeci  transmisja danych o dokładnym poło\
eniu
do odbiornika ruchomego. Korekcje dyspersyjne muszÄ…
być transmitowane do odbiornika ruchomego
przynajmniej co 10 sekund, niedyspersyjne - co minutÄ™.
Master-Auxiliary
1. Sygnały L1, L2, L5 nadawane przez satelity GNSS (GPS, GLONASS,
GALILEO), po przejściu przez atmosferę trafiają do odbiorników na stacjach
referencyjnych.
2. Ka\
da ze stacji śledzi sygnał satelitów znajdujących się nad horyzontem i
porównuje otrzymane pseudoodległości ze swoją znaną pozycją.
3. Dane z porównania transmitowane są do centrum obliczeniowego gdzie
następuje zredukowanie obserwacji na wspólny poziom nieoznaczoności i
określenie wielkości błędów podzielonych na dyspersyjne i niedyspersyjne.
4. 4. Po uwzględnieniu pełnej informacji z sieci następuje transfer danych
korekcyjnych do odbiornika ruchomego.
5. 4. W przypadku techniki VRS, odbiornik ruchomy przesyła informacje o
swoim przybli\
onym poło\
eniu do najbli\
szej stacji referencyjnej
wyposa\
onej w moduł VRS.
6. 5. Stacja przesyła poprawki uwzględniające wpływ czynników zakłócających
w obrębie wirtualnej stacji referencyjnej ulokowanej w pobli\
u odbiornika
ruchomego.
Master-Auxiliary