1. Obserwacje kodowe – charakterystyka

Pomiar pseudoodległości polega na wyznaczeniu w odbiorniku satelitarnym GPS przedziału czasowego między momentem odbioru sygnału t_u a momentem transmisji sygnału z satelity t_s.

W momencie zindentyfikowania satelity i jego numeru PRN rozpoczyna się generowanie takiego samego kodu PRN. W następnej kolejności replika kodu jest przesuwana aż do momentu maksymalnej korelacji z kodem PRN danego satelity.

Równanie pseudoodległości

t_i - czas odbiornika

t^s- czas satelity

c - predkosc swiatla

ε- bledy przypadkowe

Równanie obserwacyjne pomiarów kodowych (pseudoodległości)

Pseudoodległość jest iloczynem różnicy pomiędzy czasem wygenerowania kodu, a czasem jego odebrania przez satelitę pomnożonej przez prędkość światła. Różnica czasu (Δt) nadania
i odebrania sygnału jest teoretycznie równa wartości o jaką należy przesunąć odebrany kod, w celu spasowania go z repliką kodu, generowaną przez odbiornik. W rzeczywistości błędy chodu zegarów satelity i odbiornika oraz propagacja fal w atmosferze powodują błędy wyznaczenia różnicy czasu, a co za tym idzie błędy wyznaczenia pseudoodległości

Tradycyjne przyjmuje się, że precyzja pomiaru pseudoodległości jest równa 1% długości jednego bita, co daje 3 m w przypadku pomiaru kodu C/A oraz 0,3 m dla kodu P. Jednakże badania dowodzą, że możliwe jest uzyskanie dokładności na poziomie 0,1% długości jednego bita kodu.

1. Obserwacje fazowe – charakterystyka

Pomiar fazy fali odbieranej z satelity pozwala na uzyskanie dużo większej dokładności niż pomiar kodowy. Pomiar fazowy opiera się na określeniu przesunięcia fazowego pomiędzy falą transmitowaną przez satelitę, a falą generowaną przez wewnętrzny oscylator odbiornika. Zakładając, że przesunięcie fazowe możemy mierzyć z dokładnością równą 1% długości fali, dokładność pomiaru wynosi ok. 2 mm dla częstotliwości L1 (długość fali ok. 19 cm) oraz
5,5 mm dla L2 (długość fali ok. 24 cm).

Całkowita odległość od stanowiska pomiarowego do satelity jest sumą przesunięcia fazowego i nieznanej liczby pełnych cykli. Z tą właśnie nieoznaczoną liczbą cykli wiążą się dwa problemy:

• określenie liczby pełnych cykli nie jest możliwe. Rozwiązaniem tego problemu jest wykonywanie kolejnych pomiarów dla których nieznana liczba cykli jest jednakowa.

• problem stanowi zliczanie pełnych cykli od początku pomiaru. Wiele czynników takich jak zakłócenia sygnału lub zasłony może powodować zagubienie cykli (cycle slip) lub utratę kontaktu z satelitą (lost of lock), co uniemożliwia ciągłe zliczanie cykli, a tym samym uniemożliwia wyznaczenie nieoznaczoności.

1. Model matematyczny pozycjonowania absolutnego

Rozwiązanie metodą najmniejszych kwadratów i wyrównanie

1. Model matematyczny pozycjonowania względnego

Rozwiązanie metodą najmniejszych kwadratów i wyrównanie

1. Wykorzystanie obserwacji fazowych GPS w pomiarach geodezyjnych (poszczególne stopnie różnicowania obserwacji i ich wykorzystanie)

1. Budowa i działanie segmentu naziemnego GPS

Segment naziemny (OCS/AEP):

– 5 stacji monitorujących (Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs)

– Kilkanaście stacji monitorujących NGA (National Geospatial intelligence Agency) – nowość!

– 4 naziemne anteny nadawcze (Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, Cape

Canaveral)

– Główna stacja kontrolna (MCS) (Schriever AFB w Colorado)

Stacje monitorujące zbierają obserwacje kodowe oraz fazowe od wszystkich

widocznych satelitów. Dane te są opracowywane przez MCS w celu określenia

parametrów orbit satelitów i wygenerowania nowych, uaktualnionych depeszy

nawigacyjnych. Uaktualnione depesze są transmitowane do satelitów poprzez

anteny nadawcze.

1. Służba IGS

Międzynarodowa Służba GNSS (IGS, ang. International GNSS Service) jest związkiem ponad 200 ogólnoświatowych agencji, które zbierają dane z permanentncyh stacji GPS i GLONASS. Podstawowym celem IGS jest: opracowanie efemeryd precyzyjnych, globalnych modeli jonosfery i troposfery, prowadzenie badań w dziedzinie geodezji, geofizyki i geodynamiki, działalność w zakresie wdrażania technologii GNSS. Jest to możliwe dzięki wszechstronnej koordynacji i organizacji współdziałania stacji GPS, których liczba szybko wzrasta, i które obsługiwane są przez rozmaite instytucje naukowo-badawcze na całym świecie (na zasadzie dobrowolnej współpracy). Duża ilość danych obserwacyjnych GPS, gromadzonych z sieci permanentnej IGS, jest archiwizowana według ściśle ustalonych standardów, które również opracowano w celu numerycznej obróbki obserwacji i redystrybucji wyników obliczeń.

IGS jest członkiem FAGS(ang. Federation of Astronomical and Geophysical Data Analysis Services) i działa w ścisłej współpracy z IERS (ang. International Earth Rotation Service). Dzięki prowadzonemu w ramach tej współpracy zagęszczaniu układu ITRF, możliwe jest określanie współrzędnych każdej stacji IGS w jednolitym globalnym układzie odniesienia z dokładnością rzędu 5 mm. Jest to jedno z najważniejszych zadań IGS, ale nie jedyne. Inne z nich to wyznaczanie wysokiej jakości efemeryd satelitarnych GPS/GLONASS, parametrów ruchu obrotowego Ziemi, prędkości stacji (roczne i miesięczne), poprawek zegarów satelitów i odbiorników GPS, parametrów refrakcji jonosferycznej i troposferycznej oraz pozyskiwanie obserwacji meteorologicznych, jako uzupełnienia obserwacji satelitarnych Wśród efemeryd precyzyjnych satelitów GPS wyróżnić można zależnie od szybkości otrzymania: szybkie predykowane (ang. IGS Ultra Rapid), szybkie (ang. IGS Rapid) oraz końcowe (ang. IGS Final). Realizację zadań IGS zapewnia hierarchiczna struktura organizacyjna, w skład której wchodzą: stacje podstawowe oraz lokalne sieci satelitarne, centra danych, centra analiz oraz stowarzyszone centra analiz (ang. Analysis and Associate Analysis Centers), koordynator analiz (ang. Analysis Coordinator), biuro centralne (ang. Central Bureau), kierownictwo (ang. Governing Board).

IGS jest służbą IAG (International Association of Geodesy)

Zastosowanie obserwacji z sieci IGS do badań geodynamicznych

1. Systemy i układu współrzędnych w geodezji satelitarnej

System współrzędnych (reference system):

• kompletna definicja tworzenia systemu współrzędnych, określa środek systemu, orientację osi, skalę, itp

Układ współrzędnych (reference frame):

• praktyczna realizacja systemu współrzędnych poprzezobserwacje (np. określenie współrzędnych punktówfundamentalnych)

W geodezji satelitarnej wykorzystujemy:

Conventional Inertial Reference System (CIS)

‐ Umowny Układ Inercjalny/Gwiazdowy

‐ Space‐fixed

‐ do opisu ruchu Ziemi i satelitów

International Celestial Reference Frame (ICRF)

to obowiązująca realizacja ICRS oparta o współrzędne 212 pozagalaktycznych radioźródeł (kwazarów)

Conventional Terrestial Reference System (CTS)

‐ Umowny Układ Ziemski

‐ Earth‐fixed\

‐ do wyznaczania pozycji na ziemi

Conventional Terrestial Reference System (CTS)

‐ środek układu w środku masy Ziemi (włączając masą mórz, oceanów i

atmosfery)

‐ oś Z powinna pokrywać się z osią obrotu Ziemi

‐ związany ze skorupą ziemską

Od 1988 roku definiowaniem i konserwacją międzynarodowych

układów CIS i CTS zajmuje się International Earth Rotation Service (IERS)

ITRS został zdefiniowany przez przestrzenny obrót względem nie obracającego się systemu geocentrycznego ICRS (Międzynarodowy Niebieski System Odniesienia).

European Terrestrial Reference System 89 (ETRS89)

Układ ETRF jest realizacja systemu ITRS

Elipsoida WGS 84 jest podstawowym układem odniesienia w systemach GPS.
Jej współrzędnymi są współrzędne ziemskie ortokartezjańskie tworzone na podstawie układów WGS60, WGS66 i WGS72. Początek układu znajduję się w środku mas Ziemi. Oś X tworzy przecięcie płaszczyzny południka i płaszczyzny równika związanego z CTP (Conventional Terrestrial Pole). Oś Z jest wyznaczona do umownego bieguna ziemskiego CTP. Oś Y uzupełnia prawoskrętny ortogonalny układ współrzędnych.

Rysunek 5. Definicja układu WGS84

WGS‐84:

a = 6 378 137 m

f = 1/298,257223563

ω= 7,292115x10‐5 rad/s

GM = 398 600,4418 km3/s2

Współrzędne kartezjańskie (XYZ) i elipsoidalne (BLH)

(potrzebna znajomość a i e elipsoidy odniesienia do transformacji)

X=N∙cosB∙cosL

Y=N∙cosB∙sinL

Z=N(1-e²)sinB

tgL=Y/X

tgB=

9. System ASG-EUPOS

Od czerwca 2008 roku działa zrealizowany przez GUGIK ogólnopolski system system ASG-EUPOS. Jest to sieć 98 stacji krajowych (14 GPS/GLONASS i 84 GPS) wsparta 20 stacjami zagranicznymi. Stacje są równomiernie rozłożone na terenie kraju o średniej odległości między sobą wynoszącej 70km. Część stacji należy już do takich projektów jak EPN czy IGS.

Głównym zadaniem ASG-EUPOS jest prowadzenie serwisów postprocessingu i serwisów czasu rzeczywistego. System działa w oparciu o technologie różnicową (pomiar wektora pomiędzy odbiornikami). Umożliwia odniesienie satelitarnych pomiarów geodezyjnych do sieci stacji o precyzyjnie wyznaczonych współrzędnych. Składa się z 3 segmentów:

Segment odbiorczy stanowi jeden z trzech głównych segmentów systemu ASG-EUPOS. Główną jego funkcją jest zbieranie danych obserwacyjnych do satelitów GNSS i przekazywanie ich w czasie rzeczywistym do Centrum Obliczeniowego. Tworzą go równomiernie rozłożone na obszarze Polski i państw sąsiednich stacje referencyjne GNSS. Przy budowie segmentu odbiorczego trzymano się następującej koncepcji:

• średnia odległość pomiędzy stacjami wynosi 70 km,

• do sieci stacji referencyjnych włączone zostały istniejące stacje EPN i IGS,

• współrzędne stacji wyznaczone zostaną w systemie ETRS89 oraz układach państwowych,

• w stacjach referencyjnych wykorzystano jedynie precyzyjne dwuczęstotliwościowe odbiorniki GNSS.

• miejsca zainstalowania stacji referencyjnych wybrano tak, aby zapewnić dogodne warunki obserwacji satelitów GNSS.

Aktualnie segment ten składa się z następujących grup stacji referencyjnych:

81 stacje krajowe z modułem GPS,

18 stacji krajowych z modułem GPS/GLONASS,

22 stacje zagraniczne.

Centrum zarządzające

Centrum zarządzające zajmuje się wyliczaniem i udostępnianiem danych dla poszczególnych serwisów świadczonych przez system. Obserwację GNSS wysyłane są w sposób ciągły za pomocą linii teleinformatycznych ze stacji referencyjnych do centrum zarządzającego. Wówczas następuje automatyczny proces obliczenia i udostępnienia dla użytkowników poprawki RTK/GNSS. Centrum Zarządzające umożliwia również pobranie plików obserwacyjnych z poszczególnych stacji referencyjnych lub przysłanie własnych plików obserwacyjnych w celu uzyskania precyzyjnej pozycji mierzonych szczegółów terenowych. Jednym z zadań centrum jest także konserwacja państwowego układu odniesienia.

Użytkownicy

Użytkownicy są trzecim segmentem systemu ASG-EUPOS. Obecnie na rynku jest dostępna szeroka gama urządzeń pomiarowych GPS z mniejszą i większą dokładnością określania pozycji. System ASG dostępny na obszarze całej Polski świadczy serwisy, z którymi bezkonfliktowo pracują odbiorniki GPS posiadające anteny zarówno jedno jak i dwuczęstotliwościowe. Wspomaga on również niskiej klasy sprzęt turystyczny.

Serwisy

NAWGEO to podstawowy serwis systemu ASG-EUPOS udostępniający poprawki do pomiarów w czasie rzeczywistym RTK. Umożliwia uzyskiwanie najwyższych dokładności zarówno w pomiarach kinematycznych, jak i określaniu położenia obiektów statycznych

NAWGIS

KODGIS

POZGEO – jest to serwis automatycznych obliczeń w trybie postprocessing’u

obserwacji GNSS (w chwili obecnej faktycznie jedynie z systemu GPS), wykonanych metodą statyczną, z deklarowanym błędem średnim wyznaczenia współrzędnych nie większym niż 0.01 m, przy wykorzystaniu odbiornika (L1/L2) i nie większym niż 0.10 m, przy

wykorzystaniu odbiornika tylko jedno-częstotliwościowego (L1)

POZGEO D – to serwis pobierania obserwacji satelitarnych GNSS w formacie RINEX z wybranych przez użytkownika stacji referencyjnych systemu ASG-EUPOS, teoretycznie, po spełnieniu szeregu wyspecyfikowanych kryteriów i warunków, pozwalający na osiągnięcie

najwyższych "gwarantowanych" przez system dokładności wyznaczeń współrzędnych punktów.