Technologie GNSS - doc. Ing. Hana Staňková, Ph.D.

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
GNSS – Global Navigation Satellite System
Hornicko-geologická fakulta
Institut geodézie a důlního měřictví
Technologie urč
určová
ování polohy - úsporná
sporná, efektivní
efektivní
Ing. Hana Staňková, Ph.D.
…..nezávislost na vzájemné viditelnosti bodů, která je
důležitá pro úhlová a délková měření
GEODÉZIE II
Základní požadavky na
navigační systémy
7. Technologie GNSS
Úvod do problematiky
• co nejpřesnější určení aktuální polohy,
• určení směru a vzdálenosti k požadovanému cíli,
• snadné a rychlé zaměření včetně výpočtu.
1
GNSS – Global Navigation Satellite System
GNSS – Global Navigation Satellite System
Přesnost měření…závislá na mnoha faktorech
Známe-li polohy družic v
geocentrickém systému, můžeme
odvodit souřadnice antény
přijímací aparatury
orientačně se udává
• souřadnicové rozdíly: Δx, Δy, Δz ± (1 cm*2*10-6*D)
• azimut ± (1"+5"/D km)
Hlavním úkolem technologie GNSS je navigace statických i
pohybujících se objektů. Základní metodou je měření tzv.
pseudovzdáleností
mezi anténou přístroje a min. čtyřmi družicemi nad
horizontem
Z geometrického hlediska stačí pro určení prostorové
polohy 3 družice
4 družice jsou potřebné pro stanovení rozdílu mezi
časovým systémem hodin družice a časovým systémem
hodin přijímače
GNSS – Global Navigation Satellite System
Systém vyvinutý pro přesnou navigaci v reálném čase
GNSS – Global Navigation Satellite System
• budování geodetických základů
• údržba a aktualizace geodetických sítí,
reálný čas …. poloha a vektor rychlosti musí být znám ihned
(do 1s) po provedení měření.
• v IG
VYUŽITÍ:
• vytyčovací práce,
• budování spec. Inženýrských sítí,
polohová přesnost 10-15 m …pro účely navigace
vyhovující
Pro geodetické využití se používají relativní metody, tzn.
Určuje se poloha vzhledem k jiné stanici jejíž polohu v
prostorovém systému známe
polohová přesnost 1-2 mm na 1 km
• měření posunů a deformací,
• v katastrálním vyměřování,
• fotogrammetrie
• určování souřadnic vlícovacích bodů
• určování polohy fot. komory v
okamžiku expozice
• geodynamické studie (pohyb litosférických desek)
2
GNSS – Global Navigation Satellite System
GNSS – Global Navigation Satellite System
PRINCIP MĚŘENÍ
ZÁKLADNÍ POJMY
Využití systému je založeno na jednosměrném přenosu
informací z družice do přijímače pomocí
elektromagnetických vln.
Fyzikální vlastnosti těchto vln jsou charakterizovány:
1. Frekvencí f (Hz)
• je měřen čas mezi vysláním signálu z družice a přijetím
stanicí v terénu.
• Poloha družice (efemeridy) je v daném okamžiku známa.
Její stanovení a synchronizaci atomových hodin zajišťuje
řídicí středisko.
• Měření znehodnocují např. odrazy (multi-path).
2. Periodou P (1s)
• Výpočet polohy středu antény přijímače je řešením
protínání zpět z délek. Zapotřebí je příjem 4 družic,
optimálně 6 – 8, ležících alespoň 11˚ nad horizontem.
3. Vlnovou délkou λ (1m)
4. Rychlostí šíření c (1m/s)
• Výpočet se provádí v geocentrickém systému WGS84,
který lze převést do národních souřadnicových systémů.
GNSS – Global Navigation Satellite System
KÓDOVÉ
METODY MĚŘENÍ
FÁZOVÉ
GNSS – Global Navigation Satellite System
Polohu bodu s využitím technologie GNSS lze určit dvěma
základními metodami
Při využívání technologie GNSS jsou měřeny dva typy veličin
ABSOLUTNÍ URČOVÁNÍ POLOHY
• pseudovzdálenosti
• fáze
pomocí
pseudonáhodných kódů
vysílaných družicemi
vychází z rozdílu
fáze nosné vlny
výsledkem je
pseudovzdálenost
přesnost v mm
Souřadnice jsou určeny v geocentrickém polohovém
systému WGS84 v reálném čase
Pro měření lze použít pouze jednu přijímací aparaturu.
Vzdálenosti družice – přijímač jsou určovány
pseudovzdáleností nejméně na 4 družice
přesnost v cm
GNSS – Global Navigation Satellite System
WGS-84
Geocentrický souřadnicový systém
• počátek kartézských souřadnic je v těžišti Země a je
definován:
1. Rotačním elipsoidem, jehož parametry jsou prakticky
shodné s referenčním elipsoidem GRS80
2. Geocentrickou gravitační konstantou
GNSS – Global Navigation Satellite System
RELATIVNÍ URČOVÁNÍ POLOHY
Poloha bodu se určuje vzhledem k referenčnímu bodu,
jehož geocentrické souřadnice jsou známy, nebo může být
součástí komerčně provozované sítě referenčních stanic
(např. síť CZEPOS).
Je třeba uskutečnit simultální měření dvěma přístroji.
3. Úhlovou rychlostí rotace Země
4. Stokesovým koeficientem druhého stupně
Tento způsob měření umožňuje určit délku základny
(vektoru) s milimetrovou přesností
GNSS – Global Navigation Satellite System
Obě metody, absolutní i relativní lze využít jak pro statické tak
pro kinematické určování polohy
GNSS – Global Navigation Satellite System
KINEMATICKÉ MĚŘENÍ
• při kinematickém měření je anténa vzhledem k zemskému
povrchu v pohybu
STATICKÉ MĚŘENÍ
• přijímač je po dobu měření vzhledem k zemskému povrchu
v klidu
• doba měření se pohybuje od několika sekund po několik
hodin
• závisí na velikosti vektoru obou přijímačů a požadavku na
přesnost
GNSS – Global Navigation Satellite System
METODY PODLE DOBY ZÍSKÁNÍ VÝSLEDNÉ POLOHY
– metody v reálném čase (real-time processing),
– metody s následným zpracováním (postprocessing).
GNSS – Global Navigation Satellite System
Druhy přijímačů:
Dělení GPS aparatur podle využití:
JEDNOFREKVENČNÍ
DĚLENÍ PODLE KONSTRUKCE:
- kompaktní – aparatury, které tvoří jeden celek,
-víceprvkové – aparatury, které se skládají z více prvků .
Využívá se jen nosná vlna L1, vliv ionosféry a troposféry se
redukuje pomocí modelů, přičemž aktuální numerické
hodnoty se získávají z navigační zprávy
DVOUFREKVENČNÍ
Měření využívá lineární kombinace frekvence L1 a L2. Měření
touto kombinací vyloučí vliv ionosféry a troposféry.
GNSS – Global Navigation Satellite System
DĚLENÍ PODLE ZPŮSOBU VYUŽITÍ:
- turistické GPS,
- navigační systémy,
- využití GPS pro sledování zásilek zboží a sledování
pohybu přepravních zařízení,
- GIS - GPS aparatury,
- geodetické aparatury.
GNSS – Global Navigation Satellite System
NAVSTAR GPS
NAVIGAČNÍ SYSTÉMY
1. NAVSTAR GPS
2. GLONASS
3. GALILEO
4. COMPASS
5. EGNOS
GNSS – Global Navigation Satellite System
NAVSTAR GPS
Global positioning system GPS
Prof. Ing. Jan Kostelecký, CSc.
Určování relativních hodnot souřadnic stanic, drah
družic a EOP z kódových a fázových měření na
permanentních stanicích
Satellite Laser Ranging - SLR
Prof. Ing. Jan Kostelecký, CSc.
určování absolutních souřadnic stanic, drah družic a
EOP pomocí měření vzdáleností stanice – družice
pomocí pulsního laseru
Doppler Orbitography and
Radiopositioning Integrated by Satellite DORIS Prof. Ing. Jan Kostelecký, CSc.
Určování drah družic, souřadnic stanic, EOP z
Dopplerovských pozorování
Very Long Baseline Interferometry
VLBI Prof. Ing. Jan Kostelecký, CSc.
Určování relativních souřadnic stanic, souřadnic radiozdrojů a
EOP pomocí pozorování kosmických radiových zdrojů
(kvazarů)