Segment kontrolny
Infrastruktura segmentu naziemnego składa się z 12 stacji nadzoru rozmieszczonych możliwie blisko i równomiernie. Stacje te usytuowane są w okolicach równika. Takie rozlokowanie umożliwia całodobowy monitoring każdego z satelitów przez co najmniej dwie stacje.Segment naziemny odpowiada za utrzymanie sprawności technicznej systemu. Pełni rolę nadzorującą i kontrolną. Jego najważniejsze zadania to: ciągłe śledzenie wszystkich satelitów, obliczanie orbit oraz poprawek dla satelitów oraz ogólnie kontrolę i nadzór nad systemem. Wszelkie prace naziemne prowadzone przez stacje, służą zapewnieniu stabilności, poprawianiu jakości sygnału a zarazem wzrostowi dokładności w wyznaczaniu pozycji przez GPS. Główna stacja nadzoru mieści się w Colorado Springs. Sześć stacji zarządzanych jest przez NGA Zadaniem wszystkich stacji jest ciągłe monitorowanie ruchu satelitów. Obserwacje są wysyłane do głównej stacji nadzoru, gdzie wyliczane są nowe parametry orbit satelitów. Prognozowane parametry położenia są wysyłane do satelitów nie rzadziej niż co 48 godzin. Następnie już dzięki systemom zamontowanym na satelitach, następuje transmisja sygnału do odbiorników.
Omówić służbę IGS
W połowie lat osiemdziesiątych próbowano opracować międzynarodowe
standardy archiwizacji i opracowania obserwacji GPS. Rezultatem kilku lat dyskusji, prób i analiz oraz rocznego programu pilotażowego w 1993 roku decyzją IAG (ang. International Association of Geodesy) powołano międzynarodową służbę IGS, która 1 stycznia 1994 roku weszła w fazę operacyjną.
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 (Sygnał GPS zawiera w sobie informacje o układzie satelitów na niebie (tzw. almanach) oraz informacje o ich teoretycznej drodze oraz odchyleniu od niej (tzw. efemeryd)),
- 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).
Obserwacje kodowe-charakterystyka
Pseudoodległość: miara odległości między stacją a satelitą;
Sposób pomiaru: mierzymy czas przejścia sygnału od SV do anteny odbiornika poprzez porównanie identycznych kodów PRN generowanych przez SV i odbiornik.
Główne błędy: niedokładność chodu zegarów odbiornika i satelity.
tp - emisja sygnału PRN z SV
tk - odbiór w odbiorniku
tp - tk czas przejścia sygnału od satelity do odbiornika
Równanie obserwacyjne pseudoodległości:
ρjA – odległość geometryczna stacja-SV
dtj – poprawka chodu zegara SV
djon – popr jonosferyczna
dtrop - popr troposferyczna
εp – błędy
pseudoodległość,-mierzony jest czas przejścia sygnału od satelity do anteny odbiornika, poprzez porównanie (korelację) identycznych kodów PRN generowanych przez satelitę i odbiornik. Pseudoodległość może być wyznaczana w oparciu o pomiary składowych sygnału związanych z modulacją kodem C/A (na L1) lub P (na L1 i L2). 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. Pomiar pseudoodległości wykorzystywany jest najczęściej do zastosowań nawigacyjnych, przy technice DGPS, gdzie nie są wymagane duże dokładności. Czasem pomocniczo w innych zastosowaniach.
Obserwacje fazowe-charakterystyka
Pomiary fazowe – obserwacja fazowa jest różnicą pomiędzy fazą sygnału SV zmierzoną w odbiorniku a fazą sygnału generowanego w odbiorniku w danej epoce czasu.
φAj(t) = φj(t) – φA(t)
Równanie obserwacyjne pomiaru fazowego:
λ-długość fali
N – nieoznaczoność
- Pomiar fazowy to różnica pomiędzy fazą sygnału satelity a fazą sygnału generowanego w odbiorniku w danej epoce czasu t. Jest to pomiar końcówki cyklu. Do pełnego pomiaru dochodzi jeszcze pomiar fazowy zakumulowany, czyli pomiar końcówki cyklu plus odczyt z licznika zliczającego zmiany fazy. Typowa dokładność tego pomiaru jest rzędu 1 mm. Pomiar fazy charakteryzuje się nieoznaczonością o wielkości równej długości fali nośnej L1 i L2. Usuwanie nieoznaczoności w pomiarach fazowych jest złożonym procesem obliczeniowym. Pomiar fazowy jest wykorzystywany do bardzo dokładnej nawigacji techniki RTK i w pomiarach geodezyjnych, geodynamicznych, gdzie wymagane są dokładności milimetrowe.
Pojedyncza różnica Podwójna różnica
ΦABi(t) = ΦBi(t) - ΦAi(t) ΦABij(t) = ΦABj(t) - ΦABi(t) - XABij = xBj – xBi – xAj + xAi
Potrójna różnica
ΦABij(t12) = ΦABji(t2) - ΦABij(t1)
Omówić system ASG-EUPOS
EUPOS jest to system pozycjonowania, udział w nim bierze szesnaście państw Europy Środkowej i Wschodniej. Są to: Bułgaria, Bośnia i Hercegowina, Czechy, Estonia, Litwa, Łotwa, Macedonia, Niemcy, Polska, Rumunia, Rosja, Serbia, Słowacja, Słowenia, Ukraina i Węgry. Budowane w ramach programu EUPOS krajowe systemy pozycjonowania, oparte są na tym samym standardzie, co pozwala na wymianę danych. W swoich założeniach projekt EUPOS posiada następujące cechy:
Ø wielofunkcyjność,
Ø wspomaganie nawigacji lądowej, powietrznej i morskiej,
Ø wspieranie precyzyjnych pomiarów geodezyjnych,
Ø dane geodezyjne są wyznaczane w układzie odniesienia będącym realizacją systemu EUREF’89, a następnie przeliczane do narodowych układów współrzędnych,
Ø jednolity standard techniczny, kompatybilny z niemieckim systemem SAPOS,
Ø odległość pomiędzy stacjami referencyjnymi powinny być mniejsze od 70 km,
dane z przygranicznych stacji referencyjnych będą udostępnianie pomiędzy krajami członkowskimi
ASG – EUPOS jest wielofunkcyjnym systemem pozycjonowania satelitarnego, opartego na powierzchniowej sieci stacji referencyjnych GNSS, w którym udostępniane są poprawki oraz dane obserwacyjne dla obszaru Polski. System ASG – EUPOS składa się z trzech segmentów, są to: segment odbiorczy, centrum zarządzające oraz segment użytkownika.
Zadaniem segmentu odbiorczego jest zbieranie danych obserwacyjnych i przekazywanie ich w czasie rzeczywistym do Centrum Obliczeniowego. W skład segmentu odbiorczego wchodzą także stacje referencyjne, mają one wyznaczone współrzędne w układzie EUREF’89 a także w układach państwowych. Stacje referencyjne zlokalizowane są na budynkach administracji państwowej lub innych budynkach publicznych, w taki sposób aby zapewnić dogodne warunki obserwacji satelitów, zainstalowano w nich precyzyjne odbiorniki dwuczęstotliwościowe. Obecnie działają osiemdziesiąt cztery stacje z modułem GPS, czternaście stacji GPS/GLONASS oraz dwadzieścia stacji zagranicznych.
Centrum Zarządzające ma za zadanie obliczanie i udostępnianie danych, na podstawie obserwacji wysyłanych na bieżąco ze stacji referencyjnych. Obliczenia dokonywane są automatycznie, a pracownicy centrum zarządzającego odpowiadają jedynie za wykonywanie testów poprawności działania systemu. Bezpośrednio z Centrum Zarządzającego można pobrać pliki obserwacyjne z poszczególnych stacji lub przesłać własne pliki i uzyskać precyzyjną pozycję. Oprócz tego Centrum Zarządzające pełni funkcję związaną z konserwacją państwowego układu odniesienia – cotygodniowe kontrolne pomiary pozwalają na bieżącą kontrolę stałości położenia stacji, które stanowią punkty podstawowej osnowy geodezyjnej I klasy. Centra obliczeniowe znajdują się w Warszawie i Katowicach.
ASG – EUPOS daje możliwość skorzystania z różnych serwisów, są to serwisy czasu rzeczywistego, oraz tak zwane serwisy postprocesingu.
System ASG – EUPOS umożliwia korzystanie z następujących serwisów (usług):
Ø POZGEO – serwis automatycznych obliczeń w trybie postprocesingu obserwacji GNSS (?w chwili obecnej faktycznie jedynie z systemu GPS?) wykonywanych metodą statyczną, z deklarowanym błędem średnim wyznaczenia współrzędnych nie większym niż 0,01 m przy wykorzystaniu odbiornika L1/L2 i nie większym niż 0,1 m przy wykorzystaniu odbiornika L1,
Ø POZGEO D – 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 pnktów,?
Ø KODGIS – serwis udostępniający poprawki RTK/DGNSS, umożliwiający wyznaczenie współrzędnych z błędem średnim nie większym niż 0,25 m przy korzystaniu z odbiornika L1/L2 oraz nie większym niż 1,5 m przy wykorzystaniu odbiornika L1,
Ø NAWGIS – serwis udostępniający poprawki DGNSS, umożliwiający wyznaczenie współrzędnych z błędem średnim nie większym niż 3,0 m przy wykorzystaniu odbiornika L1,
Ø NAWGEO – serwis udostępniający poprawki RTK, umożliwiający wyznaczenie współrzędnych płaskich z błędem średnim nie większym niż 0,03 m oraz wysokości z błędem średnim nie większym niż 0,05 m przy wykorzystaniu odbiornika L1/L2 RTK. W systemie ASG-EUPOS udostępniane są trzy rodzaje poprawkek sieciowych: VRS (ang. Virtual Reference Station), MAC (ang. Master and Auxiliary Concept) oraz FKP (niem. Flächenkorrekturparameter). Dla użytkownika nie jest istotne, z którego formatu korzysta ponieważ informacje w nich zawarte generowane są przez to samo oprogramowanie i dają bardzo zbliżone rezultaty. Testy przeprowadzone przez wykonawcę systemu oraz zewnętrzne podmioty potwierdzają, że w optymalnych warunkach pomiarowych wszystkie poprawki pozwalają osiągnąć powtarzalność wyznaczeń w granicach ±0,03 m w poziomie i ±0,05 m w pionie. Do wygenerowania strumienia poprawek w oparciu o dane z grupy stacji ASG-EUPOS, system obliczeniowy musi mieć informację o przybliżonej pozycji użytkownika, przesyłanej w depeszy NMEA GGA. w odpowiedzi na przybliżoną pozycję użytkownika, moduł obliczeniowy systemu ASG-EUPOS generuje strumień poprawek sieciowych w wybranym formacie i przesyła go protokołem NTRIP w formacie RTCM. Oprócz poprawek sieciowych dostępne w serwisie NAWGEO są także poprawki z pojedynczej stacji, jednak wraz ze wzrostem odbiornika od stacji referencyjnej zmniejsza się dokładność wyznaczenia pozycji, dlatego zalecane jest wykorzystywanie poprawek sieciowych. Współrzędne punktów pomierzonych metodą RTK z wykorzystaniem poprawek z serwisu ASG – EUPOS są wyznaczane w geodezyjnym układzie odniesienia, który jest realizowany przez stacje referencyjne serwisu.
System ASG – EUPOS:
Ø stanowi zagęszczenie sieci EPN i realizuje stabilny i jednolity układ odniesienia zgodny z europejskim systemem odniesienia ETRS’89,
Ø wraz z punktami sieci EUREF-POL, POLREF i EUVN stanowi osnowę podstawową kraju,
Ø dotychczasową hierarchiczność osnów zastępuje bezpośrednim nawiązaniem do aktywnych punktów I klasy,
Ø stopniowo zacznie zanikać potrzeba zakładania osnów pośrednich, którymi są osnowy poziome II i III klasy, a w osnowach wysokościowych sieci III klasy i osnowy IV klasy,
Ø potrzeba osnów szczegółowych będzie ograniczona do obszarów bardzo zurbanizowanych i zadrzewionych,
Ø stwarza dużą szansę na popularyzację systemu GNSS i jego wykorzystanie w pracach geodezyjnych i kartograficznych,
Ø w wielu zastosowaniach stwarza możliwości zwiększenia efektywności pracy i zmniejszenia ich kosztów,
Ø dla zapewnienia pełnego i optymalnego jego wykorzystania wymaga pilnego dokończenia pewnych prac na przykład wykonania dowiązania niwelacyjnego wszystkich stacji systemu.
Ø
System Współrzędnych – Jest to zespół stałych i definicji niezbędny do jednorodnego
opracowania danych geodezyjnych. W ramach systemu współrzędnych określona jest geometria Ziemi
(w dotychczasowych systemach jest to elipsoida obrotowa, ale może być również elipsoida trójosiowa
lub inna powierzchnia), orientacja układu współrzędnych, stała grawitacji, prędkość światła, skala
czasu, itp. Rodzaj i wartość stałych zależy od rodzaju systemu i technik pomiarowych, dla jakich
został zdefiniowany. Inne stałe zdefiniowane zostały dla systemów globalnych GRS1980 (Geodetic
Reference System 1980) i WGS84 (World Geodetic System 1984) a inne dla „Systemu odniesienia
krajów socjalistycznych 1942”.
Układ Współrzędnych Geodezyjnych – Zgodnie z Polską Normą jest to układ
współrzędnych, w którym położenie punktów w przestrzeni zdefiniowano poprzez odpowiedni dobór
powierzchni odniesienia, sposobu rzutowania, rodzaju współrzędnych oraz początku układu.
Porównując obydwie definicje można przyjąć, że układ współrzędnych geodezyjnych jest fizyczną
realizacją systemu współrzędnych. A także, że takich realizacji (układów) może być w ramach
systemu więcej niż jedna.
W przypadku systemu ITRS (International Terrestial Reference System) mamy kolejne realizacje
układu ITRF (International Terrestrial Reference Frame) – ITRF94, ITRF96, ITRF2000 i aktualny
ITRF2005.
SLAJdY Z WYKŁADU
System WGS‐84 został opracowany przez DoD i jest wykorzystywany do wyznaczania
parametrów orbit satelitów GPS nadawanych w depeszy nawigacyjnej
WGS‐84 jest systemem CTS (Conventional Terrestrial Reference System) i bazuje na
GRS‐80 (elipsoida GRS80, model geoidy EGM96)
System WGS‐84 jest realizowany poprzez współrzędne stacji NGA i USAF
W latach 1994, 1996, 2002 wyznaczano kolejne realizacje WGS‐84
i na przestrzeni lat powstały układy:
WGS‐84(G730)
WGS‐84(G873)
WGS‐84(G1150) – obecnie obowiązujący i zgodny z układem
ITRF2000 w granicach kilku cm
kora_1989