Wyjaśnij IGS
Międzynarodowa 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).
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 analizującej stan techniczny satelitów i decydującej 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.
Wyjaśnij szczegółowo: pseudoodległość
Pseudoodległość pomierzona pomiędzy satelitą s i odbiornikiem k jest równa:
Pks=(tk-ts)c tk-ts – opóźnienie sygnału
Podstawowe równanie obserwacji kodowych uwzględniające także błąd parametrów orbity satelity oraz wpływ degradacji sygnału SA, będzie miało następującą postać:
Pks = ρks( dts - dtk)*c +Ik s + Tk s+Mk + SA+ε
ρks – odległość topocentryczna między satelitą a odbiornikiem
dtk – poprawka chodu zegara odbiornika
dts- poprawka chodu zegara satelity
Ik s – poprawka jonosferyczna
Tk s- poprawka troposferyczna
ε- błędy przypadkowe pomiaru (szumy odbiornika)
SA – wpływ degradacji sygnału
Pomiar kodowy polega na pomiarze pseudoodległości na podstawie przesunięcia kodów pseudoprzypadkowych. Kodem pseudoprzypadkowym lub ciągiem nazywa się ciąg binarny, którego widmo ma właściwości szumu białego.
Pomiary fazowe opierają się na pomiarze w odbiorniku przesunięcia fazy fali nośnej odbieranej z satelity względem sygnału generowanego w odbiorniku. Technika pomiaru jest podobna do pomiarów kodowych. Różnicą jest mała długość fali co skutkuje tzw. nieoznaczonością pomiaru fazy
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.
Pełne równanie obserwacji kodowych w postaci liniowej (opisać poszczególne elementy) slajd
P = rsk + (dts - dtk )c + Isk +Tsk +Mk + SA+e
rsk - odległość topocentryczna między satelitą a odbiornikiem
dtk – poprawka chodu zegara odbiornika
dts - poprawka chodu zegara satelity
Isk – poprawka jonosferyczna
Tsk – poprawka troposferyczna
dk, ds – poprawki opóźnienia propagacji sygnału ze względu na oprogramowanie odbiornika i oprogramowanie satelity
e - błedy przypadkowe pomiaru ( szumy odbiornika)
SA – wpływ degradacji sygnału
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.
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
Częstotliwości L1 i L2 są modulowane dwoma pseudoodległymi kodami PRN:
- 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. Długość fali 293 m
- Kod P 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.
Wyjaśnij: ambiquity Nieoznaczoność fazy.
Nieoznaczoność pomiaru fazy N jest arbitralną liczbą całkowitą. Wielkość ta może być interpretowana jako różnica wielkości początkowej zintegrowanej fazy i odległości. Jest to wielkość różna dla każdego obserwowanego satelity. Nieoznaczoność N zachowuje stałą wartość podczas pomiarów, jeżeli nie nastąpi zaburzenie procesu śledzenia sygnału satelitarnego. Wystąpienie takiego zaburzenia powoduje powstanie nieciągłości fazy (ang. Cycle Slip), czyli skokowej zmiany rejestrowanej fazy o całkowitą liczbę cykli. Wykrycie i poprawienie nieciągłości fazy jest krytyczne dla precyzyjnych pomiarów geodezyjnych z wykorzystaniem obserwacji fazowych, w tym szczególnie techniki RTK.
9) Rinex
10 czas okrążenia przez satelitę Ziemi jest równy 11 godziny 58 minut
11 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.
Wyjaśnij SPS
SPS - Standard Positioning Service jest to pozycjonowanie dokładności, które jest dostępne na podstawie pomiarów GPS jednej częstotliwości L1 C / A kodu.
GPS zapewnia dwa poziomy dokładności:
1. Dokładny Serwis Pozycyjny (PPS – Precise Positioning Service) zapewniające dane o pozycji i czasie o dużej dokładności (dostępny tylko dla autoryzowanych użytkowników)
2. Standardowy Serwis Pozycyjny (SPS – Standard Positioning Service) mniej dokładny lecz dostępny dla wszystkich bez opłat abonamentowych. Dokładność pozycjonowania w tym poziomie określa się w przedziale od 10 do 30 m, ale przy wykorzystaniu stacji referencyjnej dokładność wzrasta nawet do 5 m.
13 B BASE A 97.059 – typ pliku; nazwa stacji; sesja ; rok ; dzien roku
14. Pełne równanie obserwacji fazowych w postaci liniowej (opisać poszczególne elementy)
jsk (t) =js (t) -jk (t) + N +e
jk (t) - faza sygnału satelitarnego generowana przez
odbiornik k,
js (t) - faza sygnału satelitarnego odebrana z satelity s,
N- nieznana liczba pełnych okresów fali nośnej w
pierwszej epoce czasu tzw. nieoznaczoność fazy fali
nośnej (ambiguity),
e- szum przypadkowy pomiaru fazy fali nośnej.
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-.
Z czym związana jest ilość swobodnych elektronów TEC?
Od gęstości tych elektronów zależy głównie refrakcja jonosferyczna.
17 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
18.Czym się różni odbiornik nawigacyjny od odbiornika geodezyjnego?
Różnice:
- dokładność (metrowa - decymetrowa lub centymetrowa),
- Cena,
- możliwości operacyjne (pokazywanie pozycji - tyczenie punktów, pomiar punktów itp),
- budowa (poręczny odbiornik z wbudowaną anteną - antena zewnętrzna, panel sterowania, tyczka).
Więcej różnic niestety nie znalazłem ale podsyłam wam teksty źródłowe:
Odbiorniki GPS do geodezji oraz zastosowań GIS
Najbardziej zaawansowanymi cywilnymi odbiornikami GPS są urządzenia tworzone na potrzeby pomiarów geodezyjnych. Umożliwiając uzyskanie poprawek różnicowych, pozwalają na określenie położenia obiektu z dokładnością submetrową (mniejszą niż 1 m), a przy zastosowaniu specjalnych procedur poniżej 1 cm. Zestawy GPS dla geodetów różnią się między sobą w zależności od wymogów, co do precyzji, różnią się także ceną, która nie wynosi mniej niż 10 000 zł. Typowy zestaw buduje zewnętrzna antena umieszczana na tyczce przy pomiarach stacjonarnych lub wystająca z małego plecaka dla mobilnego użytkownika kartującego teren oraz z rejestratora w formie komputera przenośnego - przypominającego palmtopa, jednak o zdecydowanie zwiększonej odporności na czynniki zewnętrzne i dłuższej (kilku-, kilkunastogodzinnej) możliwości pracy na bateriach, ewentualnie tabletu z ekranem dotykowym. Rejestratory mają często możliwość wykonywania zdjęć wbudowanym aparatem cyfrowym, łączności z innymi urządzeniami przez Bluetooth, komunikację przez WiFi czy odbieranie poprawek DGPS z sieci GSM.
Zadania realizowane przed odbiornik do nawigacji:
1. Identyfikacja poszczególnych satelitów,
2. Obliczanie pseudo odległości,
3. Obliczanie czasu dotarcia sygnału z segmentu kosmicznego do odbiornika,
4. Odbiór sygnału satelitarnego.
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.