1.)1. Altimetria satelitarna polega na wyznaczenia odległości impulsowego nadajnika-odbiornika radarowego umieszczonego na orbicie (o wysokości ok. 700 do 1500 km) od rzeczywistej, chwilowej powierzchni morza. Do satelitarnych pomiarów altimetrycznych stosuje się radary pracujące w zakresie częstotliwości 14 GHz. Precyzję radarów altimetrycznych można obecnie szacować w przedziale +/- (0,1-0,03) m. Wynik pomiaru jest wartością uśrednioną do kręgu powierzchni morza o średnicy kilku do kilkunastu kilometrów.

jedna z metod geodezji satelitarnej stosowana do wyznaczania geoidy i parametrów pola grawitacyjnego Ziemi na obszarze mórz i oceanów. Polega na precyzyjnym pomiarze odległości sztucznego satelity od powierzchni mórz i oceanów za pomocą umieszczonego na nim altimetru. Podstawową część altimetru stanowi dalmierz mikrofalowy (np. radar), a w pomiarze jest wykorzystywane zjawisko odbicia fal elektromagnet. od powierzchni wody; dokładność współcz. altimetrów jest większa od 1 dm. Znając parametry orbity sztucznego satelity i jego pozycję względem Ziemi w momencie pomiaru (wyznaczone na podstawie obserwacji naziemnych lub specjalnych metod nawigacyjnych), przypisuje się zmierzone odległości konkretnym punktom na Ziemi. W jednym cyklu pomiarowym, trwającym kilka miesięcy, uzyskuje się sieć punktów pokrywających powierzchnię mórz i oceanów całej kuli ziemskiej, a następnie wyznacza geoidę na ich obszarze. Altimetria satelitarna dostarcza danych o zasięgu globalnym w stosunkowo krótkim czasie, co daje możliwość badania zmian powierzchni mórz i oceanów całej kuli ziemskiej w zależności od pory dnia, roku itp. Pomiary prowadzone w większym przedziale czasu dostarczają danych do badań pływów oceanicznych, prądów morskich i in.

Podstawowe równanie altimerii:

N = | r - R | - H - Δh

gdzie: N - wysokość geoidy na elipsoidą (undulacje dochodzą do 100 m), r - promień wodzący satelity (wektor), R - promień wodzący punktu na elipsoidzie (wektor), H - mierzona wysokość, Δh - różnica wysokości powierzchni wody i geoidy (osiąga średnio wartości ok. 1 m. - można zaniedbać przy dokładności 1 m).

Pomiar altimertyczny pozwala na wyznaczenie wysokości satelity nad powierzchnią morza z dokładnością 1 cm. Najpowszechniej znane są wyznaczenia geoidy z misji satelitów: Skylab dokładność mierzonych wysokości szacuje na ok. 3m., GEOS-3 ok. +/-0,5 m., SEASAT ok. +/-0,1 m, GEOSAT. Pomiar altimetryczny pozwala wyznaczyć kształt powierzchni wód oceanicznych. Kształt powierzchni wód odbiega od kształtu geoidy ze wzg. na występowanie: prądów morskich, falowania wód oceanicznych, wiatrów, różnic ciśnień atmosferycznych, różnic zasolenia wód itd. Altimetria satelitarna ma znaczący udział w tworzeniu coraz dokładniejszych modeli potencjału grawitacyjnego Ziem

2

Całość systemu GPS można podzielić na trzy segmenty funkcjonalne:

• kosmiczny (ang. Space Segment),

• kontrolny (ang. Control Segment),

• użytkowników systemu (ang. User Segment).

Elementy składowe systemu GPS.

Segment kosmiczny składa się z 24 aktywnych satelitów i 5 zapasowych poruszających się wokół Ziemi po 6 prawie kołowych orbitach o kącie nachylenia do równika ziemskiego 55°. Wysokość satelitów nad powierzchnią Ziemi wynosi 20200 km, a czas obiegu to 11^h 58^m, czyli pół doby gwiazdowej. Taka konstelacja zapewnia widoczność co najmniej czterech satelitów w każdym miejscu kuli Ziemskiej.

Kluczem wysokiej precyzji pomiarowej systemu GPS jest wysoka stabilność wzorców częstotliwości (wynosząca od 10^-12 do 10^-13), które generują częstotliwość podstawową f₀ systemu

Fale nośne systemu GPS są modulowane dwoma kodami pseudolosowymi (ang. pseudo-random noise -PRN). Pierwszy z nich to kod ogólnodostępny (ang. Coarse/acquisition C/A) modulujący nośną L₁ z częstotliwością f₀/10 powtarzając sekwencję, co 1 ms. Drugi z kolei kod precyzyjny (ang. precision/protected P) lub jego zakodowana wersja kod Y przeznaczone są głównie dla zastosowań militarnych z zakresu szeroko pojętej nawigacji. Kod P moduluje obydwie nośne L₁ i L₂ sekwencją powtarzaną po 266.4 dniach. Kody P i C/A na częstotliwości L₁ są wzajemnie przesunięte w fazie o 90°. Oprócz wymienionych podstawowych nośników informacji, jakimi są faza i kod, satelity transmitują także tzw. depeszę nawigacyjną zawierającą m.in. dane dotyczące zegarów, elementów orbit, jonosfery itp.

Segment kontrolny zajmuje się kontrolą, sterowaniem i konserwacją systemu, w skład którego wchodzą następujące części: stacje śledzące, system określania czasu, system predykcji efemeryd i system uaktualniania depeszy informacyjnej. Zasadniczą częścią segmentu kontrolnego jest kilka stacji śledzących rozmieszczonych w obszarach podrównikowych. Zdecydowana większość informacji transmitowana w interwałach godzinnych z centrum sterowania generowana jest z modeli i danych empirycznych na nich rejestrowanych. Jednak ich ilość oraz jakość modeli nie jest wystarczająca dla szerokiego spektrum zastosowań systemu GPS. Można uznać, że zabezpiecza ona tylko zastosowania nawigacyjne (takie, do jakich system został pierwotnie przeznaczony) bez możliwości precyzyjnego pozycjonowania w czasie rzeczywistym lub quasi-rzeczywistym.

Segment kontrolny systemu (2) można podzielić na kilka części:

• permanentne stacje śledzące,

• system określania czasu,

• system predykcji efemeryd,

• system uaktualniania depeszy informacyjnej dla poszczególnych satelitów.

Segment użytkowników to wszystkie odbiorniki na lądzie, morzu i w powietrzu oraz wszystkie aplikacje użytkowe systemu GPS do nawigacji, geodezji, geodynamiki, badania jonosfery i troposfery, transferu czasu itd.

Praktycznie segment użytkowników jest wyraźnie podzielony na dwie grupy. Pierwsza z nich (zdecydowanie większa) to użytkownicy cywilni, dla których zostały wprowadzone systemy zakłóceń aktywnych:

• „selective availability”(SA) system degradacji efemeryd i zegarów satelitarnych. Od maja 2000 decyzją kongresu USA został on wyłączony do odwołania.

• „anti-spoofing” (AS) system kodowania kodu precyzyjnego P.

Wymienione systemy zakłóceń w głównej mierze ograniczają użycie systemu w czasie rzeczywistym, natomiast w bardzo małym stopniu ich wpływ jest zauważalny w opracowaniach, które wykonywane są po zakończeniu sesji obserwacyjnych (ang. post-processing) (Sovers i in., 1987).

Druga grupa to wąska grupa użytkowników wojskowych, którzy posiadają specjalne odbiorniki dekodujące zakłócenia SA i AS, jednak pomimo tego dokładność pozycjonowania „wojskowego” jest szacowana na poziomie 1m.

Tradycyjnie wymienia się 3 segmenty składowe systemu GPS, ale rozwój sieci permanentnych, jaki się dokonał w ostatnim dziesięcioleciu, skłania do wprowadzenia ich jako wydzielonego czwartego segmentu. W większości opracowań sieci permanentne GPS są włączane do segmentu użytkowników, który jest precyzyjnie definiowany. Jednak częściowo spełniają również rolę segmentu kontrolnego. Reasumując, można stwierdzić, że segment stacji permanentnych jest to zbiór autonomicznie pracujących stacji GPS oraz infrastruktury zbierania, przetwarzania i redystrybucji obserwacji GPS. Odbiorcami opracowań z segmentu stacji permanentnych jest centrum kierowania systemem oraz zbiór wszystkich użytkowników na lądzie, morzu i powietrzu.

3. konstelacja satelitów GPS

Segment kosmiczny składa się z 24 aktywnych satelitów i 5 zapasowych poruszających się wokół Ziemi po 6 prawie kołowych orbitach o kącie nachylenia do równika ziemskiego 55°. Wysokość satelitów nad powierzchnią Ziemi wynosi 20200 km, a czas obiegu to 11^h 58^m, czyli pół doby gwiazdowej. Taka konstelacja zapewnia widoczność co najmniej czterech satelitów w każdym miejscu kuli Ziemskiej.

. Takie rozmieszczenie satelitów w przestrzeni zapewnia możliwość jednoczesnego śledzenia (widzenia) przynajmniej czterech satelitów GPS z dowolnego punktu na powierzchni Ziemi. Wszystkie satelity są permanentnie (nieprzerwanie) obserwowane przez kilka naziemnych stacji monitorujących, przez co stale są obliczane dla każdego satelity precyzyjne składowe jego orbity i poprawka pokładowego zegara atomowego. Satelity GPS są wyposa­żone w zegary atomowe (rubinowo-cezowe) wytwarzające wysokostabilną częstotliwość 10.23 MHz ± 10^-12 ÷ 10^-13s. Precyzję tych zegarów można by zilustrować następującym faktem: przy założeniu, że stabilność częstotliwo­ści nie podlega zmianie, błąd 1 sekundy wystąpiłby dopiero po upływie 30 000 ÷ 300 000 lat. Najnowsza generacja satelitów GPS - blok IIR, zaprojektowana została tak, by mogła przejąć część funkcji stacji naziemnych.

Dane powyższe są w ściśle określonych momentach czasu (1÷2 godziny) wprowadzane do pamięci komputerów pokładowych na satelitach. W ten sposób każdy satelita ma aktualizowaną swą pozycję w przestrzeni i synchronizację swego zegara do czasu całego systemu GPS.

Satelity GPS w czasie swego ruchu emitują sygnały na dwóch pasmach częstotliwości: sygnał L1 o częstotliwości fali nośnej równej 1572.42 MHz oraz sygnał L2 - 1227.60 MHz. Częstotliwości te modulowane są różnymi pseudolosowymi kodami binarnymi, przy czym:

- sygnał L1 - kodem C/A ( Coarse/Asquisition ) przeznaczonym do użytku cywilnego, o częstotliwości modulacji 1.023 MHz, co odpowiada długości fali 293.1 m, zaś jego okres wynosi 1 ms. oraz kodem P (precise - precyzyjny albo inaczej protected - chroniony), o częstotliwości 10.23 MHz, takiej samej jak częstotliwość podstawowa, ma okres 267 dni (w przybliżeniu 37 tygodni). Odpowiada tej częstotliwości długość fali 29.31 m.,

sygnał L2 - kodem P i Y ( struktura podobna do kodu P, zastrzeżona dla armii USA).

4. Prawa Keplera w opisie ruchu sztucznych satelitów

Prawa Keplera przybliżenie trajektorii ruchu satelity.

Orbita Keplerowska może być obliczana, jak nie perturbowana zależnie od stabilności orbity, w dłuższym lub krótszym czasie. Dokładność tak obliczonej orbity nie jest najwyższa i może służyć do wstępnych analiz numerycznych, lub planowania kampanii pomiarowej (np. w przypadku wykorzystania GPS).

• Orbity planet są elipsami, w jednym z ognisk znajduje się Słońce. Dla przypadku sztucznych satelitów ziemi pierwsze prawo Keplera brzmi następująco: Orbity satelitów są elipsami, w jednym z ognisk znajduje się Ziemia.

• Pole zakreślone przez promień wodzący (od ogniska do satelity) w jednostce czasu (prędkość polowa jest stała) jest stałe dla każdego satelity.

• Kwadraty okresów obiegu P dwóch planet maja się do siebie w takim stosunku. jak sześciany ich średnich promieni wodzących (wielkich półosi elips, a).

• Wychodząc z prawa powszechnego ciążenia sformułowanego przez Isaaka Newtona (1643-1727), w mechanice teoretycznej wyprowadza się równanie ruchu keplerowskiego punktu materialnego poruszającego się w centralnym polu grawitacyjnym.

• Keplerowskim nazywamy taki ruch satelity wokół ciała centralnego (Ziemi), który odbywa się wyłącznie pod wpływem centralnych sił grawitacyjnych ściśle zgodnie z prawami Keplera.

• Rzeczywisty ruch satelity odbywa się w niecentralnym polu grawitacyjnym spowodowanym skomplikowanym kształtem Ziemi odbiegającym znacznie od kuli oraz nierównomiernym rozkładem mas w jej wnętrzu.

5. Podstawowe cechy charakteryzujące satelity systemów GPS i GLONASS

Satelity GPS są umieszczane na prawie kołowych orbitach, satelity te krążą po orbitach około 20 000 km nad powierzchnią Ziemi. Satelity te poruszają się po orbitach z nieprawdopodobnie dużymi prędkościami rzędu 4 km na sekundę. Od momentu gdy wszystkie satelity zostały umieszczone na orbitach jesteśmy w stanie „zobaczyć” o dowolnej porze dnia od czterech do dziesięciu satelitów w dowolnym punkcie globu ziemskiego.

Pełna konstelacja satelitów GLONASS składa się 24 obiektów rozmieszczonych na trzech płaszczyznach orbitalnych o inklinacji 64.8 stopnia. Po skompletowaniu, na początku 1996 roku, pełen zestaw satelitów był dostępny przez okres około 40 dni. Pod koniec roku 1996 na orbicie znajdowało się 21 aktywnych obiektów. Na każdej płaszczyźnie powinno znajdować się 8 równomiernie rozmieszczonych satelitów. Orbity są kołowe i znajdują się na wysokości około 19100 km. Okres obiegu wynosi 11h15m. Ponieważ, inaczej niż w przypadku GPS, ruch satelitów nie jest synchroniczny z okresem obrotu Ziemi, ilość manewrów orbitalnych niezbędnych do utrzymania stałej konfiguracji jest mniejsza. Przy takim okresie obiegu widok konstelacji z określonego punktu na powierzchni Ziemi powtarza się co 5 dni. Co najmniej 5 satelitów powinno być widocznych w każdym momencie doby, z każdego punktu na powierzchni Ziemi, w konfiguracji zapewniającej prawidłowe wyznaczenie pozycji.

6

Sześć elementów orbity. Elementy orbity są wielkościami pozwalającymi określić w każdym momencie położenie satelity w przestrzeni i jego prędkość (rys. 2).

 Położenie płaszczyzny orbity w przestrzeni określają dwa elementy orbity:

i - nachylenie płaszczyzny orbity względem równika,

Ω - położenie węzła wstępującego orbity (tj. punktu, w którym rzut orbity na sferę niebieską przecina się z równikiem niebieskim; w punkcie tym satelita przechodzi z półkuli południowej na północną); elementem orbity może być albo długość geograficzna węzła wstępującego λ_Ω (liczona od południka Greenwich), albo rektascensja węzła wstępującego αΩ (liczona od punktu równonocy wiosennej, czyli punktu Barana).

 Położenie orbity w jej płaszczyźnie określa jeden element orbity pokazujący położenie punktu perigeum, czyli punktu orbity położonego najbliżej Ziemi; elementem tym jest odległość kątowa punktu perigeum od węzła wstępującego liczona wzdłuż orbity:

ω - argument perigeum orbity.

 Wielkość i kształt orbity określają (w najbardziej ogólnym przypadku orbity eliptycznej) dwa elementy; zazwyczaj są to:

a - duża półoś orbity,

e - mimośród orbity.

 Powiązanie ruchu satelity z czasem następuje przez określenie czasu przejścia satelity przez wybrany punkt orbity (w zależności od rodzaju orbity i jej nachylenia względem równika mogą to być: perigeum orbity, węzeł wstępujący orbity, przecięcie z południkiem Greenwich itd.).

Należy wspomnieć, że niektóre rodzaje orbit nie wymagają określania sześciu elementów. Na przykład do zdefiniowania orbity kołowej potrzebne są tylko 4 z nich. Nie posiada ona bowiem punktu perigeum - nie występuje więc argument perigeum ω. Z kolei jej mimośród wynosi 0, więc wielkość orbity kołowej określa tylko jeden element - promień r.

7.Wykaż różnicę między orbitą keplerowską a oskulacyjną.

• Ciągle zmieniającą się orbitę nazywamy orbitą oskulacyjną (chwilową), a jej elementy obliczone przez scałkowanie równań elementami oskulacyjnymi

Keplerowskim nazywamy taki ruch satelity wokół ciała centralnego (Ziemi), który odbywa się wyłącznie pod wpływem centralnych sił grawitacyjnych ściśle zgodnie z prawami Keplera (1571-1630). Opisuje on tylko w pewnym przybliżeniu rzeczywisty ruch sztucznego satelity, nie mamy bowiem tak idealnej sytuacji, o jakiej jest mowa w powyższej definicji.

Podstawową konsekwencją analizy ruchu keplerowskiego sztucznego satelity jest to, że wszystkie wielkości określające ten ruch (m.in. kształt i wielkość orbity satelity oraz jej położenie w przestrzeni) są stałe w czasie.

Równanie ruchu keplerowskiego. Jest ono wektorowym równaniem różniczkowym drugiego rzędu i ma postać:

 

8.Wymień źródła perturbacji satelitarnych , oszacuj ich wielkość.

Źródłem perturbacji są zewnętrzne przyspieszenia, którym poddawany jest satelita.

Gdybyśmy założyli, że Ziemia jest odizolowaną kulą w przestrzeni kosmicznej, pozbawioną atmosfery, na którą nie działają żadne siły zewnętrze, to każde sztuczne ciało poruszałoby się wokół po orbicie eliptycznej.

Miałaby ona kształt elipsy, której parametry byłyby stałe w czasie, zaś jej płaszczyzna przechodziłaby zawsze przez środek ciężkości Ziemi i zajmowałaby stałe położenie względem przyjętego układu współrzędnych (inercjalnego).

W rzeczywistości tak nie jest, na satelitę w przestrzeni oddziaływa szereg sił (czynników perturbujących), które perturbują orbitę. Są one odpowiedzialne za wariacje w czasie elementów keplerowskich orbity.

Ogólnie rzecz ujmując można je podzielić ze względu na źródło pochodzenia, na te o charakterze grawitacyjnym i niegrawitacyjne.

9. Ogólna charakterystyka systemu GLONASS

GLONASS - Globalny System Nawigacyjny jest systemem satelitarnym przeznaczonym do szybkiego i dokładnego wyznaczania współrzędnych określających pozycję anteny odbiornika w globalnym systemie odniesienia. Sygnały odbierane mogą być przez powszechnie dostępne odbiorniki w dowolnym momencie, bez ponoszenia bezpośrednich opłat. Warunki atmosferyczne nie mają większego wpływu na funkcjonowanie urządzeń i dokładność wyznaczonej pozycji. Liczba użytkowników jest nieograniczona. Odbiorniki korzystają zazwyczaj z miniaturowych anten płaskich o charakterystyce umożliwiającej jednoczesny odbiór z całego obszaru sfery niebieskiej. Wykonując pomiar musimy zapewnić dostateczną widoczność sfery niebieskiej z punktu obserwacji. Przeszkody terenowe - drzewa, budynki i konstrukcje znajdujące się na drodze sygnału uniemożliwiają mu dotarcie w linii prostej do odbiornika. Jest to jedyne występujące w praktyce ograniczenie możliwości korzystania z systemów.

Pełna konstelacja satelitów GLONASS składa się 24 obiektów rozmieszczonych na trzech płaszczyznach orbitalnych o inklinacji 64.8 stopnia. Po skompletowaniu, na początku 1996 roku, pełen zestaw satelitów był dostępny przez okres około 40 dni. Pod koniec roku 1996 na orbicie znajdowało się 21 aktywnych obiektów. Na każdej płaszczyźnie powinno znajdować się 8 równomiernie rozmieszczonych satelitów. Orbity są kołowe i znajdują się na wysokości około 19100 km. Okres obiegu wynosi 11h15m. Ponieważ, inaczej niż w przypadku GPS, ruch satelitów nie jest synchroniczny z okresem obrotu Ziemi, ilość manewrów orbitalnych niezbędnych do utrzymania stałej konfiguracji jest mniejsza. Przy takim okresie obiegu widok konstelacji z określonego punktu na powierzchni Ziemi powtarza się co 5 dni. Co najmniej 5 satelitów powinno być widocznych w każdym momencie doby, z każdego punktu na powierzchni Ziemi, w konfiguracji zapewniającej prawidłowe wyznaczenie pozycji.

10. Charakterystyka częstotliwości sygnałów GPS

Pomiar czasu w systemie GPS odgrywa kluczową rolę, dlatego też każdy satelita jest wyposażony we wzorzec częstotliwości o nominalnej dokładności stabilizacji od 10^-12 do 10^-13. System posiada dwie nominalne częstotliwości nadawania sygnałów, wywodzące się z pomnożenia pewnych stałych wielkości przez częstotliwość podstawową 10.23 MHz, mianowicie:

L1: 154 × 10.23 MHz = 1575.42 MHz (≈ 19.05 cm)

L2: 120 × 10.23 MHz = 1227.60 MHz (≈ 24.45 cm)

Wybór częstotliwości w paśmie L nie jest przypadkowy i jest dużo korzystniejszy od pasma C, ponieważ znacznie mniejsze jest w nim zjawisko opóźnienia jonosferycznego. Każdy z dwóch sygnałów L1 i L2 modulowany jest przez jeden lub oba naraz sygnały: P dla precyzyjnego chodu zegara o częstotliwości 10.23 MHz i C/A - mniej precyzyjny, o częstotliwości 1.023 MHz.

11. W jaki sposób jest modulowana fala nośna w systemie GPS.

Wygładzona za pomocą fazy pseudoodległość ma mniejszy poziom szumu pomiarowego na skutek uśredniania różnic fazy i pseudoodległości w określonych przedziałach czasowych (praktycznie nie większych niż 5 minut), a cały proces wygładzania redukuje wpływ losowych błędów pomiarowych oraz umożliwia precyzyjniejsze wyznaczenie współrzędnych punktu, niż tylko przy użyciu surowych obserwacji.

12. Co zawiera depesza satelitarna GPS

Odbiorniki systemu GPS ciągle odbierają informację o pozycji satelitów w formie zmodulowanego sygnału bitowego o prędkości 50 bitów na sekundę. Informacja ta zawiera:

system czasu;

poprawkę zegara;

informację o kodach P i C/A nałożonych na częstotliwości L1 i L2.

Jest ona standardowo podzielona na 5 podtablic i zajmuje łącznie 1500 bitów.

Pierwsza podtablica niesie w sobie podstawowe wskaźniki ( kody, częstotliwości, rodzaj danych, numer tygodnia, itp.) i poprawki zegarów satelitów.

Druga i trzecia podtablica zawiera efemerydy.

Czwarta składa się z almanachów dla satelitów o numerach 25-32, informacji o modelu jonosferycznym, danych UTC, konfiguracji satelitów i informacji o ich stanie. Posiada również strony zarezerwowane oraz miejsca wolne.

Piąta podtablica składa się z almanachów oraz informacji o stanie satelitów o numerach 1-24.

Serwisy dokładności

Kodowanie i szyfrowanie sygnałów sprawia, że system GPS zapewnia dwa poziomy określania dokładności wyznaczania pozycji:

• Standardowy Serwis Pozycyjny (SPS - Standard Positioning Seryice),

• Precyzyjny Serwis Pozycyjny (PPS - Precise Positioning Service).

14. Co to jest precyzyjny serwis pozycyjny GPS

Precyzyjny serwis pozycyjny PSP oparty o kod P, przeznaczony głównie do celów wojskowych, dostępny jest tylko dla autoryzowanych użytkowników, do których należą m.in. Siły Zbrojne USA i NATO. O autoryzacji użytkownika decyduje Departament Obrony USA. Serwis PPS dostarcza informacji o pozycji z błędem nie większym niż 16 metrów (z prawdopodobieństwem 50%, 3D) i informacji o czasie z błędem nie większym niż 90 nanosekund (z prawdopodobieństwem 95%, l sigma) w stosunku do czasu UTC.

Wprowadzając kodowanie sygnałów spełniono kolejne wymagania odporności systemu na celowe zakłócenia (ang. jamming) oraz odporności na celowe zniekształcenia (ang. spoofing)

15. Co to jest standardowy serwis pozycyjny GPS

Standardowy Serwis Pozycyjny oparty o kod C/A dostarcza ogólnie dostępnych informacji nawigacyjnych i jest przeznaczony głównie dla użytkowników cywilnych.

• Możliwe jest wyznaczenie pozycji z dokładnością do 100 metrów (z prawdopodobieństwem 95%, 2D) dla pomiarów dwuwymiarowych i 156 metrów (z prawdopodobieństwem 95%, 3D) dla pomiarów trójwymiarowych.

• Z prawdopodobieństwem 99,5% pozycja wyznaczana jest z dokładnością 300 m. Błąd wyznaczania czasu w stosunku do czasu UTC (USNO) określony jest jako nie większy niż 337 ns (z prawdopodobieństwem 95%).

17.

Głównymi źródłami błędów pomiarowych GPS są:

• błędy sprzętu użytego w pomiarach:

• błąd zegara satelitarnego,

• błąd zegara odbiornika,

• błędy propagacyjne:

• opóźnienie troposferyczne,

• opóźnienie jonosferyczne,

• interferencja sygnałów wtórnych.

• nieoznaczoność fazy,

• błąd orbitalny.

Prawie wszystkie błędy powstałe w wyniku pomiaru mają cechy błędów systematycznych i muszą być uwzględnione w procesie opracowania danych.

błędy zegarów zarówno odbiornika, jak i satelity, ponieważ na ich podstawie generowany jest wewnętrzny kod odbiornika.

wpływ warunków obserwacyjnych

Pod­czas pomiarów względnych pewne błędy obserwacyjne, błędy instrumentalne oraz wpływy środowiska pomiarowego obciążają wszystkie (lub sąsiednie) stacje w taki sam albo w zbliżony sposób. Z tych powodów pozycja względna, czyli różnica pozycji absolutnych, może być od pewnych błędów uwolniona, a przynajmniej wpływ niektórych błędów może zostać znacznie osłabiony.

. Wprowadzane zaburzenia, dotyczące zarówno informacji nawigacyjnej, jak też kodowania sygnału,.

Dwa czynniki zakłócajace:

• Proces
  (epsilon) - wartości parametrów efemeryd (orbit satelitów) zmieniane są okresowo, co w odbiorniku interpretowane jest jako zmiana położenia satelity; wywoływany w ten sposób błąd pomiaru ma amplitudę do 100 m i okres rzędu godziny.

• Proces
  (delta) - zaburzana jest informacja o częstotliwości zegara satelity, co powoduje błędy w określaniu momentu transmisji sygnału

Błędy zegara. Wiemy, że satelity są wyposażone w super dokładne zegary atomowe, ale nawet i one nie są idealnymi urządzeniami i w czasie ich pracy mogą powstać bardzo małe systematyczne błędy. Najmniejszy błąd systematyczny zegara satelity oznacza, że sygnały są emitowane o niewłaściwym czasie. Na szczęście segment kontrolny sprawdza każdy aktywny zegar atomowy satelity (na satelicie znajdują się cztery takie zegary) i jeśli najmniejszy błąd systematyczny zostanie wykryty to wówczas taki zegar jest „przestawiany” na poprawny czas albo do transmitowanych informacji o satelicie dodawana jest informacja o poprawce do zegara.

Błędy orbitalne. Bezpośrednio po odebraniu sygnałów od satelity z przestrzennego wcięcia liniowego otrzymujemy położenie punktu na powierzchni Ziemi (real-time position). W tej sytuacji wykorzystujemy oczywiście ekstrapolowaną orbitę, która różni się mniej lub więcej od rzeczywistej orbity. Tak więc w naszym liniowym wcięciu współrzędne stałych punktów (satelitów) są obarczone błędami. Dlatego też nasza wyznaczona pozycja też będzie obarczona błędami z tego tytułu.

18.

Podstawowymi wielkościami fizycznymi obserwowanymi przy pomocy współczesnych odbiorników GPS są:

1. Pseudoodległość - w przypadku pomiarów kodowych,

2. Faza - przy pomiarach fazowych,

3. Czas - w obu przypadkach.

Pseudoodległość jest obserwacją kodową określającą odległość pomiędzy anteną odbiornika, a satelitą systemu GPS w epoce transmisji sygnału (rys. 2.5). Pomiar tej wielkości polega na określeniu opóźnienia pomiędzy rejestrowanym sygnałem satelitarnym, a jego repliką (ang. replica code) generowaną w odbiorniku. Pomnożenie tej wielkości przez prędkość światła umożliwia określenie pseudoodległości.

Czas wysłania sygnału jest określony poprzez porównanie identycznych kodów pseudo-przypadkowych generowanych przez satelitę i odbiornik na takiej zasadzie, że pętla śledzenia kodu wewnątrz odbiornika przesuwa replikę kodu PRN w czasie, aż do momentu uzyskania pełnej zgodności. Na pomierzoną pseudoodległość mają duży wpływ błędy zegarów zarówno odbiornika, jak i satelity, ponieważ na ich podstawie generowany jest wewnętrzny kod odbiornika.

Pseudoodległości mogą być wyznaczane zarówno na podstawie kodu P, jak i C/A. Pomiar pseudoodległości przy użyciu składowej związanej z kodem P charakteryzuje się większą precyzją. Typowa dokładność pomiaru z użyciem kodu C/A wynosi: 3-30m, z użyciem kodu P: 0.3-3m. Nieoznaczoność związana z pomiarem przy użyciu kodu C/A jest rzędu 300 metrów, kodu P 30 metrów. Nieoznaczoności te są proste do usunięcia. Współczesne odbiorniki korygują pomiar pseudoodległości w oparciu o pomiar scałkowanej fazy fali nośnej.

Zasadę określania pseudoodległości określa wzór (2.1):

(2.1)

przekształcony do postaci:

(2.2)

gdzie:

t_K - czas generowany przez odbiornik k;

t^P - czas generowany przez satelitę p;

I^P_K - opóźnienie jonosferyczne;

T^P_K - opóźnienie troposferyczne;

c - prędkość światła;

ρ^P_K - topocentryczna odległość pomiędzy odbiornikiem, a satelitą na epokę transmisji i odbioru sygnału;

e_p - błąd pomiarowy pseudoodległości.

19.

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.

Nieoznaczoność fazy N- jest arbitralną liczbą całkowitą. Wielkość ta może być interpretowana jako różnica początkowej fazy i odległości. jest to wielkość różna dla każdego obserwowanego satelity. Wielkość ta zachowuje stałą wartość podczas pomiarów, jeżeli nie nastąpi zaburzenie procesu śledzenia sygnału satelitarnego. Wystąpienie takiego zaburzenia powoduje powstanie nieciągłości fazy (ang. cycele slip), czyli zmianę rejestrowanej fazy o całkowitą liczbę cykli. Wykrycie i poprawienie nieciągłości fazy jest krytyczne dla precyzyjnych pomiarów geodezyjnych, z wykorzystaniem obserwacji fazowych.

W przypadku, gdy przynajmniej jeden odbiornik przemieszcza się sytuacja staje się bardziej skomplikowana. Zwykle problem nieoznaczoności fazy jest rozwiązywany przed tym, jak odbiornik zaczyna się poruszać i dopóki utrzymywana jest łączność z satelitą pozycja anteny może być wyznaczona. Jeżeli śledzonych jest więcej niż 4 satelity i przynajmniej 4 satelity są śledzone nieustannie utrata cykli może zostać skorygowana ze względu na pozostałe satelity przy pomocy następujących metod:

• powrót do ostatniego punktu, na którym były prowadzone obserwacje i rozpoczęcie pomiaru poprzez ponowne określenie nieoznaczoności fazy. Sposób ten nie jest praktykowany jedynie dla obserwacji prowadzonych na statkach lub samolotach;

• w przypadku użycia odbiornika dwuczęstotliwościowego możliwe jest wykorzystanie wpływu jonosferycznych błędów szczątkowych oraz zastosowanie filtru Kalmana;

• dla odbiorników z kodem P nieoznaczoność może zostać wyznaczona w ruchu (ang. “on-the-fly” technique). Jest to możliwe również w przypadku pomiaru odbiornikiem wyposażonym tylko w kod C/A, lecz wymagana jest większa liczba obserwowanych satelitów (6-8).

Sposoby eliminacji

- kombinacja kod-fala nośna w odbiornikach dwuczęstotliwościowych z kodem P;

- wyznaczenie nieoznaczoności przy pomocy 6 lub większej ilości widocznych na raz satelitów.

następuje ponowny pomiar na każdym punkcie po upływie od 50 do 120 minut. Wymagany czas pomiaru jest stosunkowo krótki- od 4 do 8 minut. W czasie przejścia pomiędzy punktami nie jest wymagana nieprzerwana łączność z satelitą, a nawet odbiornik może zostać na czas transportu wyłączony.

20.

Metody wyeliminowania błędów aparaturowych. Aparatura umieszczona na satelitach GPS i odbiorniki - choć produkowane przez firmy mające duże doświadczenie i dysponujące najnowocześniejszymi rozwiązaniami technologicznymi - nie są wolne od błędów. Wiele z nich eliminuje się poprzez różnicowanie obserwacji. Programy, za pomocą których opracowujemy wyniki, tworzą pewne liniowe kombinacje obserwacji wykonanych w tym samym czasie na różnych stanowiskach, przez co pozbywamy się błędów zegara satelity (tzw. pierwsze różnice) i odbiornika (tzw. drugie różnice). Zastosowanie takich procedur powoduje, że szczątkowe błędy aparaturowe, takie jak niestabilność częstotliwości generatorów na satelicie i w odbiorniku, błędy transmisji i zliczania czasu, błędy dokonywania korelacji sygnału satelitarnego i generowanego przez odbiornik (replica code) przy pomiarach kodowych i pomiaru fazy w pomiarach fazowych możemy uznać za znikomo małe i nie uwzględniać ich w analizach praktycznych wyznaczeń.

21. Co to jest współczynnik PDOP, od czego zależy i co charakteryzuje?

W celu praktycznej oceny przydatności konkretnej konstelacji satelitów do wyznaczenia położenia punktu stosuje się współczynniki DOP (ang. Dilution of Precision - rozmycie precyzji), które są funkcjami elementów przekątnych macierzy kowariancyjnej wyrównywanych parametrów. Ogólnie:

gdzie:

σ_o - odchylenie standardowe obserwowanych pseudoodległości, 

σ - odchylenie standardowe np. współrzędnych poziomych lub pionowych.

Wyróżnia się następujące współczynniki DOP:

VDOP - dla wysokości;

HDOP - dla współrzędnych horyzontalnych;

PDOP - dla pozycji;

TDOP - dla czasu;

GDOP - dla geometrii satelitów.

PDOP- Position Dilution of Precision- trójwymiarowe rozmyci dokładności, w pierwszym przybliżeniu wielkość PDOP jest nieco mniejsza od GDOP ( rozkład satelitów na fragmencie niebieskim, geometric dilution of precision). PDOP posiada interpretację geometryczną jako liczba proporcjonalna do odwrotności objętości wielościanu rozpiętego na punktach stanowiących pozycję obserwowanych satelitów GPS i punkcie wyznaczanej stacji.

22. Scharakteryzuj zaburzenia jonosferyczne.

Opóźnienie jonosferyczne :

Opóźnienie jonosferyczne wynika z wpływu jonosfery - wyższej warstwy atmosfery rozciągającej się na wysokości od 50 do 1000 km nad powierzchnią Ziemi. Błąd spowodowany jonosferą zależy od zawartości elektronów wzdłuż linii opisującej bieg sygnału satelitarnego. Zawartość elektronów zależy od wielu czynników, min aktywności Słońca, pory dnia i szerokości geograficznej miejsca obserwacji. Błąd jonosferyczny można wyrazić przybliżonym wzorem:

(3.1) gdzie :

TEC (Total Electron Content) jest funkcją opisującą liczbę elektronów w jednostce objętości.

Przeciętne opóźnienie jonosferyczne w czasie nocy jest rzędu 10 nsek, natomiast w czasie dnia wzrasta do 50 nsek. W rejonach położonych w pobliżu równika lub biegunów geograficznych może być znacznie większe, szczególnie podczas trwania burz magnetycznych.

Przy niskich wysokościach satelitów nad horyzontem opóźnienie jonosferyczne może osiągać wielkości rzędu 30 nsek w czasie nocy i 150 nsek w czasie dnia. Zestawienie poprawek do pseudoodległości w zależności od współczynnika TEC oraz częstotliwości nadawanego sygnału znajduje się w tab. 3.1.

Poprawka do pseudoodległości wyrażona				w metrach
Częstotliwość	TEC=10^16el /m^3		TEC=10^18 el /m^3
100 MHz 400 MHz 2 GHz 10 GHz	40 2.5 0.1 0.004		4000 250 10 0.4

Tabela 3.1. Wielkości poprawek ze względu na opóźnienie jonosferyczne.

Z równania (3.1) wynika, że wielkość efektu jonosferycznego jest zależna od odwrotności kwadratu częstotliwości fali. Umożliwia to wykorzystanie odbiorników dwuczęstotliwościowych do eliminacji wpływu jonosfery na wyznaczaną pozycję. W przypadku użycia odbiornika jednoczęstotliwościowego przybliżona poprawka jest obliczana za pomocą specjalnego modelu, którego współczynniki są transmitowane w depeszy informacyjnej.

23.Podaj metody eliminowania wpływu refrakcji jonosferycznej z obserwacji GPS

24. Jaki jest wpływ troposfery na obserwacje GPS?

Opóźnienie troposferyczne:

Jest spowodowane zmianą prędkości sygnału emitowanego przez satelitę przy przejściu przez troposferę - dolną warstwę atmosfery rozciągającą się od powierzchni Ziemi do wysokości ok. 15 km. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że składa się ona w większości z suchego powietrza i w pozostałej części z pary wodnej.

Wpływ części “suchej” wyraża aż 90 % wartości refrakcji troposfertycznej. Jest on wyznaczany poprzez modelowanie (np. Hopfield, Sastamoinen) w zależności zarówno od wysokości satelitów, jak i warunków atmosferycznych miejsca obserwacji - temperatury, wilgotności względnej i ciśnienia. Poprawka troposferyczna jest bezpośrednio wprowadzana do rejestrowanej pseudoodległości lub fazy.

Błąd spowodowany częścią “mokrą” jest w praktyce pomijany ze względu na jego nikły wpływ oraz trudności w dokładnym jego wyznaczeniu. Można bowiem dokonywać pomiaru zawartości pary wodnej i wody w atmosferze przy użyciu radiometrów, jednak ich wysokie ceny nie pozwalają na użycie radiometrów w codziennej praktyce pomiarowej. Ich użycie może wchodzić w rachubę tylko przy bardzo precyzyjnych pomiarach dla specjalnych celów badawczych.

25. Wymień metody pomiarowe GPS i krótko je scharakteryzuj.

Odległość satelity do odbiornika jest obliczana w wyniku mnożenia wyznaczonego czasu przebiegu sygnału na trasie satelita - antena odbiornika przez prędkość światła. Tak obliczona odległość, ze względu na błędy, którymi jest obarczona, nazywana jest pseudoodleglością. Stosowane są dwie podstawowe metody pomiaru pseudoodległości. Najczęściej wykorzystywana jest korelacja odcinków kodu pseudolosowego, dlatego metoda ta nazywana jest metodą kodową. W drugiej metodzie, po osiągnięciu korelacji kodu, następuje korelacja fali nośnej. Pomiar pseudoodległości dokonywany jest z dokładnością ułamka długości fali nośnej, dlatego metoda ta nazywana jest metodą fazową. W metodzie fazowej do wyznaczania czasu przebiegu sygnału jest wykorzystywana korelacja przebiegu fali nośnej satelity. W odbiorniku GPS jest generowany sygnał identyczny z falą nośną satelitów. Może on być wykorzystany do pomiaru pseudoodległości satelity na podobnej zasadzie jak kod pseudolosowy - mierzone jest ile całkowitych i jaki ułamek długości fali (przesunięcie fazowe) zmieści się między satelitą i odbiornikiem. Odbiorniki wykorzystujące metodę fazową są zazwyczaj urządzeniami wyższej klasy, ze względu na konieczność bardziej precyzyjnej korelacji i śledzenia zarówno kodu, jak też przesunięcia fazowego. Metody fazowe dają możliwość wykorzystania obu częstotliwości tj. L1 i L2, nawet przez użytkownika nieautoryzowanego, co umożliwia kompensację błędów jonosferycznych i dodatkowo zwiększa dokładność pomiarów.

W zależności od wymaganej dokładności współrzędnych, wykorzystania systemu oraz liczby dostępnych odbiorników GPS, którymi dysponujemy wybiera się różne techniki pomiaru.

Obecnie produkowane odbiorniki GPS mają możliwość pomiaru pseudoodległości wykorzystując kod C/A i P (lub w przypadku włączenia AS dekodowanie kodu Y) oraz ciągły pomiar przesunięcia fazy fali nośnej. Wykorzystując obie możliwości pomiaru można wyróżnić dwa podstawowe typy pomiarów:

• bezwzględne

• względne.

W pomiarach bezwzględnych wyznaczana jest pozycja pojedynczego punktu (jego współrzędne X,Y,Z) za pomocą jednego odbiornika na elipsoidzie WGS-84.

O pomiarach względnych możemy mówić w przypadku gdy wykonujemy pomiar dwoma odbiornikami zarówno dla czasu rzeczywistego jak i w postprocesingu. W przypadku tych pomiarów mogą wystąpić dwie sytuacje:

• gdy odbiorniki wykonują obserwacje pozostają w bezruchu przez cały czas gromadzenia sygnałów satelitarnych - pomiary statyczne i FastStatic

• gdy w czasie pomiarów jeden z odbiorników albo grupa odbiorników, a czasem na zmianę wszystkie poruszają się, podczas gdy jeden odbiornik prowadzi pomiar stacjonarny - są to pomiary kinematyczne albo dynamiczne.

Oddzielną kategorię stanowią pomiary różnicowe w czasie rzeczywistym ( DGPS, RTK) .

Pomiary względne polegają na wyznaczeniu przyrostów ΔX, ΔY, ΔZ między dwoma odbiornikami (punktami). W tym wypadku minimalna ilość odbiorników wynosi dwa. Pomiary wykonywane tą metodą umożliwiają uzyskanie wysokiej dokładności wyznaczanych przyrostów.

W zależności od stosowanej technologii pomiary względne można podzielić na:

• statyczne,

• pseudo-statyczne,

• kinematyczne,

• kinematyczne ciągłe.

Metoda pseudo - statyczna polega na wykonaniu obserwacji trwających po ok. 2- 10 min przez odbiorniki ustawione na dwóch, punktach następnie jednym z odbiorników przemieszczamy się na kolejne stanowiska gdzie wykonujmy pomiary - w analogiczny sposób - trwające ok. 2-10 min. Po upływie 1 godziny odbiornik musi powrócić na mierzony punkt i wykonać na nim pomiar trwający również 2-10 min. W trakcie zmiany stanowisk odbiornik należy pozostawić włączony lecz rejestracja obserwacji musi być wyłączona. Odbiorniki mogą przemieszczać się na zmianę lub jednocześnie, a gdy dysponujemy większą ilością odbiorników możemy je również wykorzystać dzięki czemu czas pomiaru się skróci.

30. Scharakteryzuj ITRF i ITRS

ITRS

-Kinematyczny system quasi-kartezjański obracający się z Ziemią

-Nie podlega globalnemu, residualnemu obrotowi względem ruchów poziomych na powierzchni Ziemi.

-Początkiem systemu współrzędnych jest geocentrum, definiowane jako środek masy Ziemi z oceanami i atmosferą.

-Orientacja zgodna z orientacją BIH 1984.0 (biegun ITRS i południk zerowy ITRS), zaś jej zmienność w czasie jest określona poprzez zastosowanie warunku, iż globalna suma poziomych ruchów tektonicznych nie zawiera składowych obrotu.

-Czas współrzędnych - TCG (czas atomowy współrzędnych systemu geocentrycznego)

Techniki kosmiczne biorące udział w realizacji ITRS:

1.VLBI - wysoka precyzja, długookresowa stabilność.

2.SLR - długookresowa stabilność, wyznaczenie geocentrum.

3.LLR - długookresowa stabilność , efekty relatywistyczne.

4.Francuski system śledzący DORIS - doskonała rozmieszczenie stacji na całej kuli ziemskiej.

5.Globalny System Pozycyjny (GPS) - gęsta globalna sieć, krótkookresowa stabilność, wysoka precyzja.

ITRF i inne systemy regionalne

Realizacjami ITRS są Międzynarodowe Ziemskie Układy Odniesienia ITRF (International Terrestrial Reference Frame). Do 1993 roku początki układów ITRF (włącznie z ITRF93) i ich skale wyznaczane były na podstawie wybranych rozwiązań satelitarnych obserwacji laserowych. Układy te orientowano zgodnie z ziemskim systemem BTS87 opartym na parametrach ruchu obrotowego Ziemi wyznaczanych przez BIH (do orientacji ITRF93 użyto parametrów ruchu obrotowego Ziemi IERS). Zmiany orientacji w ITRF w czasie określano początkowo na podstawie modelu ruchu płyt tektonicznych AM0-2 (Minster i Jordan, 1978), a od 1991 roku - na podstawie modeli NNR-NUVEL-1, NNR-NUVEL-1A (Argus i Gordon, 1991), z wyjątkiem ITRF93 (IERS, 2003). Już od ITRF94 początki układów ITRF wyznaczane są jako średnia ważona rozwiązań SLR i GPS, zaś skala układów określana jest jako średnia ważona rozwiązań VLBI, SLR i GPS, poprawiona o 0.7 ppb (1 ppb = 1 x 10-9) z uwagi na używanie przez centra analiz skali czasu TT zamiast zaleconej przez IAU i IUGG skali TCG. Układy te są zorientowane zgodnie z ITRF92. Zmiany orientacji określone są na podstawie modelu NNR-NUVEL-1A i wyrażone jako pochodne względem czasu 7 parametrów transformacji (IERS, 2003). Orientacja ITRF i zmiany tej orientacji określają równik ITRF (a tym samym biegun ITRF) oraz południk zerowy ITRF.

ETRF-89 jako podzbiór układu ITRF

-Koncepcja utworzenia nowego układu, w oparciu o nowoczesne techniki pomiarowe, w tym GPS odrodziła się w drugiej połowie lata osiemdziesiątych XX w. Na kongresie IAG w Vancouver w 1987r. powstała koncepcja nowego układu dla kontynentu europejskiego

-Organizacja CERCO - względy czysto praktyczne w kontekście potrzeb geodezji i kartografii

-Obydwie organizacje dążyły do utworzenia europejskiego systemu odniesienia European Terrestrial Reference System - ETRS

-ETRF założenie - adoptować wymiary elipsoidy WGS84, która jest tożsama geometrycznie z przyjętą elipsoidą Geodetic Reference System 1980 - GRS80.

-Dopasowania do obszaru kontynentu europejskiego przez sieć stacji SLR/VLBI leżących w Europie i wchodzących do realizacji układu ITRF'89. W ten sposób układ ETRF został precyzyjnie zdefiniowany i stał się podzbiorem układu ITRF'89.

-Z uwagi na ciągły ruch płyt kontynentalnych układ ETRF zmienia się w stosunku do układu ITRF z prędkością 1-3cm/rok.

-Układ ETRF nie ulega deformacji wewnętrznej, poza lokalnymi ruchami tektonicznymi. W związku z tym można mu przypisać epokę początkową (referencyjną), a następnie wyznaczyć parametry transformacji w stosunku do układu ITRF lub WGS84.

-Od 1997r układ ETRF89 jest realizowany przez sieć EPN.

-Do nawiązania od 1148 tygodnia GPS jest wykorzystywane 12 stacji (BOR1, GRAZ, KOSG, MATE, ONSA, POTS, REYK, WTZR, VILL, GRAS, NYA1 I TRO1).

31. Z czego wywodzi się system ETRS?

ETRS - European Terrestrial Reference System 89 jest rozszerzeniem ITRS czyli regionalnych systemów odniesienia wpasowanych w ITRS. Przykładem takiego systemu jest (ETRS89), którego realizacja oparta jest na obserwacjach wyłącznie z europejskich stacji permanentnych. ETRS89 został zdefiniowany jako pokrywający się z ITRS na epokę 1989.0 i związany ze stabilną częścią płyty euroazjatyckiej. Realizacją ETRS89 jest układ odniesienia European Terrestrial Reference Frame 89 (ETRF89), który jest obecnie w większości krajów europejskich - w tym również w Polsce - państwowym geodezyjnym przestrzennym układem odniesienia stosowanym w pracach geodezyjnych oraz w systemach informacji o terenie.

32.Scharakteryzuj sieci WSSG, EUREF-POL, POL-REF.

Sieć WSSG została założona dla potrzeb automatycznej nawigacji. Składa się z 554 zespołów po 2 punkty (główny i bliźniaczy, czyli kierunkowy, w odległości 500-1000 m). Zespoły punktów znajdują się w pobliżu dróg krajowych i wojewódzkich (25-100 m od osi drogi), w odległości 25-30 km od siebie. Tylko część z nich została dowiązana do państwowego systemu wysokości Kronsztad '86 przy zachowaniu kryteriów niwelacji technicznej III klasy. Dla punktów użytecznych do modelowania geoidy niwelacyjnej wymagane było obliczenie wysokości elipsoidalnych, jednorodnych z układem EUVN (ITRF-96 na epokę 1997.4). Należy tu wyjaśnić, że wyrównanie WSSG pierwotnie zostało wykonane w nawiązaniu do stacji sieci globalnej IGS (GRAZ, KOSG, MATE, METS, ONSA, ZIMM, WETT), bez przyjęcia nawiązania do krajowej sieci zerowego rzędu EUREF-POL, co wprowadziło do wartości wysokości istotne błędy systematyczne [2]. Oznaczało to konieczność powtórnego wyrównania tej sieci z dostosowaniem do obowiązujących standardów technicznych w nawiązaniu do sieci POLREF i z wykorzystaniem parametrów transformacji między EUREF-89 a EUVN '97. Parametry wyznaczono na podstawie 62 punktów łącznych krajowego zagęszczenia EUVN (wyrównanie w ITRF96 ep.1997.4 przy nawiązaniu do 10 krajowych punktów EUVN '97) i odpowiednio tej samej sieci w EUREF-89 (wyrównanie w ETRF89 epoka 1989.0, przy nawiązaniu do 8 punktów EUREF-POL, z których 3 pozyskano w drodze nowych pomiarów - związań geodezyjnych). Te same parametry transformacji wykorzystano do przeliczeń sieci POLREF. W ten sposób rozwiązano problem sprowadzenia wszystkich sieci do układu odniesienia EUVN '97

Sieć EUREF-POL, nazywana też siecią zerowego rzędu, została założona w celu połączenia naszej osnowy geodezyjnej z europejskim układem odniesienia ETRF alias EUREF (European Reference Frame), wyznaczonym przy użyciu technik satelitarnych. Kampanię pomiarową przeprowadzono w 1992 roku i uczestniczyło w niej kilkadziesiąt stacji europejskich (w tym 11 punktów w Polsce) [16]. Wyniki tej kampanii zostały zatwierdzone przez rezolucję nr 1 sympozjum EUREF, które odbyło się w Warszawie (8-11 czerwca 1994 r.). Przyjęła ona te punkty jako wyznaczone w klasie B dokładności, co oznacza dokładność 1 cm, oszacowaną błędem średnim każdej współrzędnej X,Y i Z na epokę 1989.0, tzn. bez gwarancji niezmienności w określonym przedziale czasu (w klasie A, przy tej samej dokładności, stabilność jest określana przedziałem dziesięcioletnim).

Sieć POLREF założono w latach 1994-95, przeprowadzając 3 kampanie pomiarowe, w wyniku których wyznaczono 348 zespołów po 2 punkty (główny i kierunkowy) nawiązanych do 11 punktów sieci EUREF-POL. Powstała w ten sposób pierwsza jednorodna trójwymiarowa osnowa geodezyjna o wysokiej dokładności (błąd położenia dla składowych poziomych - poniżej 0.01 m, a dla wysokości elipsoidalnej - około 0.015 m). Punkty POLREF mają określone kartezjańskie współrzędne przestrzenne XYZ (czyli równocześnie geodezyjne elipsoidalne BLh) w układzie geocentrycznym EUREF-89 i wysokości normalne z dowiązania niwelacją precyzyjną do osnowy wysokościowej w układzie Kronsztad '86 (te ostatnie tylko dla punktów głównych - centrów).

33Omów układ współrzędnych 2000, 1992, UTM.

UKŁAD 1992

Jest jednolity dla całego obszaru Polski. Powierzchnię odniesienia stanowi elipsoida GRS-80.

Odwzorowanie Gaussa-Krügera, w pasie południkowym obejmującym cały obszar kraju (ponad 10°) z południkiem osiowym L0 = 19°E, na którym elementarna skala zniekształceń długości wynosi 0,9993 (zniekształcenia długości - 70cm/1km).

Układ współrzędnych prostokątnych płaskich, początek układu jest punktem przecięcia obrazu południka osiowego 19° (oś X), a obrazem równika (oś Y), przy czym punkt ten ma współrzędne X0 = -5300 km, Y0 = 500 km, stąd współrzędne w km na obszarze Polski mają 3 cyfry znaczące

Układ współrzędnych prostokątnych płaskich - UTM

Odwzorowanie - dla map w skali 1:25 000 - 1:250 000 uniwersalne poprzeczne odwzorowanie Mercator'a (UTM), wiernokątne, 6-cio stopniowe, południkowe. Na Polskę przypadają 2 strefy o południkach osiowych 15° i 25°, gdzie elementarna skala zniekształceń długości wynosi 0,9996 (zniekształcenia liniowe - 40cm/1km). Linie zerowych zniekształceń długości występują w odległości około 180 km od południka osiowego.

Każda strefa ma odrębny, ale tak samo skonstruowany układ współrzędnych. Osiami układu są: obrany południk osiowy stref i obraz równika. W punkcie ich przecięcia znajdują się początki układów współrzędnych. N = 0 km, E = 500 km. W celu określenia położenia punktów na powierzchni Ziemi w zastosowaniach wojskowych stosowany jest tzw. „system meldunkowy”.

Układ 2000

- odwzorowanie powierzchni elipsoidy ziemskiej GRS80 wg teorii odwzorowania Gaussa-Krügera (odwzorowanie poprzeczne, walcowe, równokątne, konforemne);

- podział obszaru kraju na cztery pasy południkowe o szerokości 3o i południkach osiowych: 15o, 18o, 21o, 24o długości geograficznej wschodniej, ponumerowane odpowiednio numerami: 5, 6, 7, 8;

- południk osiowy każdej ze stref odwzorowuje się na linię prostą ze skalą 0,999923 (zniekształcenia -7,7 cm\km na południku osiowym do +7 cm\km na brzegu strefy);

- początkiem układu współrzędnych dla każdej ze stref jest punkt przecięcia obrazu równika z obrazem południka osiowego, otrzymuje on współrzędną x = 0 m;

- punkty leżące na południku osiowym otrzymują współrzędną y = 500000m;

- w celu jednoznacznego określenia położenia punktu przed współrzędną y podaje się numer pasa południkowego, czyli dla punktów leżących na południku osiowym będzie:

y = 5 500 000 m dla południka L0 = 15o
y = 6 500 000 m dla południka L0 = 18o
y = 7 500 000 m dla południka L0 = 21o
y = 8 500 000 m dla południka L0 = 24o

- układ stworzony w celu prowadzenia mapy zasadniczej;

• ymień przykłady zastosowania GPS.

I. Wykorzystanie odbiorników satelitarnych w cywilnych zastosowaniach GIS.

1) Archeologia - ewidencja stanowisk, mapy stanowisk.

2) Banki - dystrybucja dokładnego czasu.

3) Budownictwo - przemysłowe wytyczenia, nadzór przemieszczeń, przesunięć.

4) Drogownictwo - automatyczna ewidencja uszkodzeń, automatyczna rejestracja stanu nawierzchni .

5) Energetyka - ewidencja obiektów, przebiegu tras, dystrybucja czasu, synchronizacja zegarów.

6) Fotogrametria - rejestracja współrzędnych kamery w momencie wykonywania zdjęcia, wyznaczanie współrzędnych markerów.

7) Geodezja - wyznaczanie współrzędnych i wektorów z dokładnością centymetrową, praca w czasie rzeczywistym, wytyczanie.

8) Geologia - ewidencja zasobów, mapy zasobów, nawigacja.

9) Geodynamika - badania ruchu wirowego Ziemi, analiza ruchu bieguna, śledzenie ruchu kontynentów, definicja układu odniesienia.

10) Górnictwo - rejestracja przemieszczeń gruntu, nawigacja platform wiertniczych.

11) Hydrologia - nadzór przemieszczeń, ewidencja obiektów, szybka aktualizacja map.

12) Inżynieria ruchu drogowego - automatyczna rejestracja przebiegów, tras, czasów oczekiwania, natychmiastowa lokalizacja miejsc wypadków, utrudnień w ruchu, automatyczne tworzenie „zielonej fali” dla pojazdów uprzywilejowanych.

13) Kartografia - sporządzanie map.

14) Kolejnictwo - ewidencja tras, obiektów, nadzór nad ruchem pojazdów, automatyczna rejestracja przebiegów, dystrybucja dokładnego czasu.

15) Leśnictwo - ewidencja zasobów, nawigacja w czasie oprysków, inteligentne dozowanie w czasie oprysków.

16) Lotnictwo - nawigacja, badanie zasięgu radarów, precyzyjne lądowania.

17) Melioracja - aktualizacja map, nawigacja.

18) Meteorologia - sondowanie jono i troposfery.

19) Ochrona mienia -automatyczna lokalizacja obiektów.

20) Oświetlenie dróg - ewidencja obiektów, ewidencja uszkodzeń, mapy natężenia oświetlenia.

21) Ochrona Środowiska - automatyczna ewidencja zanieczyszczeń, mapy obszarów skażonych.

22) Radiokomunikacja - mapy zasięgu nadajników, wyznaczanie teoretycznych zasięgów nadajników, projektowanie radiolinii.

23) Rurociągi - mapy przebiegów, ewidencja obiektów, ewidencja uszkodzeń, nawigacja .

24) Rolnictwo precyzyjne - dawkowanie nawozów, cieczy opryskowych.

25) Policja - automatyczna lokalizacja pojazdów; dokumentacja miejsca przestępstwa,

26) Ratownictwo- lokalizacja miejsc katastrof, odszukiwanie rozbitków.

27) Rolnictwo - zbieranie informacji o zasobach, plonach stowarzyszonych z pozycją, inteligentne opryski, nawożenie.

28) Rybołówstwo - ewidencja łowisk, nawigacja.

29) Straż pożarna - automatyczna lokalizacja obiektów, ewidencja zagrożeń, lokalizacja zagrożeń na dużych obszarach - łąki, lasy, automatyczne tworzenie "zielonej fali".

30) Taksówki - automatyczna lokalizacja pojazdów, informacja o miejscu zagrożenia.

31) Telekomunikacja - paszportyzacja, lokalizacja obiektów, aktualizacja przebiegu tras kablowych.

32) Transport - automatyczna lokalizacja obiektów, nadzór nad przewozem ładunków niebezpiecznych, informacja o miejscu zagrożenia.

33) Zieleń Miejska - ewidencja zasobów.

34) Żegluga - nawigacja, monitorowanie przechyłów, pochyłów.

35) Do celów wojskowych

---