Global Positionering System (GPS) Sadegh Jamali kredit: Mohammad Bagherbandi, Stig-Göran Mårtensson, Faramarz Nilfouroushan (HIG); Lars Ollvik och Sven Agardh (LTH) 1
Traditionella metoder i lantmäteri Lantmäteri: handlar om mätningar och beräkningar av punkters lägen 2
Moderna tekniker Traditionell tekniker Moderna tekniker i Geodesi VLBI: Very Long Baseline Interferometry SLR: Satellite laser ranging LLR: Lunar laser ranging GPS: Global Positioning System 3
Jämförelse mellan traditionella och moderna tekniker 4
GNSS Global Navigation Satellite Systems GLONASS Galileo GPS QZSS IRNSS BeiDou 5
GLONASS GLObal NAvigation Satellite System - Ett ryskt system - Initierades 1982-24 satelliter i 3 banor - 19 100 km över jordytan 6
Galileo Europeiskt civilt satellitsystem: - Första satelliten lanserade 2005-30 satelliter i 3 olika banor runt jorden till 2020-23 200 km över jordytan - Kompatibelt med GPS 7
De andra GNSS QZSS: Quasi-Zenith Satellite System Japanskt 1 aktiv satellit IRNSS: Indian Regional Navigational Satellite System Indiskt 6 aktiva satelliter BeiDou: Kinesiskt 14 aktiva satelliter 8
GPS - Amerikanskt (USA) - Initierat 1973 - Militärt (nu kan alla använda) - 31 aktiva satelliter GPS: korrekt position, hastighet, och tidsinformation nästan var som helst i världen. 9
Uppbyggnad av GPS GPS består av tre segment - Rymdsegmentet (satelliterna) - Kontrollsegmentet (övervakningsstationerna) - Användarsegmentet (vi!) 10
Rymdsegmentet 31 satelliter i 6 olika banor Befinner sig 20 200 km över jordytan Inklinationen, dvs. satellitbanans lutning mot ekvatorn, är ca 55 Satelliterna är utrustade mycket noggranna atomklockor (oscillatorer) 11
Kontrollsegmentet - 6 kontrollstationer för GPS-systemet finns utplacerade längs ekvatorn - Huvudledningscentralen ligger i Colorado Springs i USA 11 nya stationer bildades, 2005-2010, av National Geo-Spatial Intelligence Agency (NGA) 12
Vad är kontrollsegments uppdrag? - Kontrollstationerna svarar för att hålla satelliterna kvar i sina planerade banor. 13
Princip för satellitpositionering känd okänd 14
Positionsbestämning med GNSS- skärningsmetoden Sfär Cirkel man måste ha kontakt med minst fyra satelliter samtidigt för att få en bra positionsbestämning. Två punkter En punkt 15
satelliternas position är känd 16
GPS signaler - Satelliterna sänder på två bärfrekvenser. - På bärsignalerna moduleras digitala koder: C/A-kod (Coarse Acuisition eller Clear Access) P-kod, (Precise eller Protected) PRN (Pseudo Random Noise) Navigeringsmeddelande (bl a utsända bandata, klockfel, och almanacksdata ) L1 eller L2 + C/A, P, Navigeringsmeddelande mudulasion teknik 17
Hur mäts avståndet med GPS? 1) Kodmätning (C/A och P kod) Avståndet blir: R = c t, där c = ljusets hastighet. R ~ 22 000 km c ~ 300 000 km/sec t ~ 0.07 sec 18
Fördelar/nackdelar med Kodmätning Fördelar: Ger positionen i realtid Billiga mottagare (<3000 SEK). Nackdel: Dålig noggrannhet. 19
Hög noggrannhet är nödvändigt för tidmätning! Exempel: R = c. t U R = c. U t U t = 10 6 s U R ~300 m tids osäkerhet Positions osäkerhet 20
2) Fasmätning Hur många våglängder (ambiguity; periodkonstant) det var till satelliten just när man fick kontakt + delen av den närmaste våglängden vid varje observationstillfälle 21 https://www.lantmateriet.se
Man kan mäta med enfrekvensmottagare: Mäter enbart på L1 Eller med tvåfrekvensmottagare: Mäter både på L1 och L2 Noggrannare än enfrekvensmottagare Kortare observationstider Dyrare 22
Fördelar/nackdelar med fasmätning Fördel: Noggrann (± 1 cm relativt) Nackdel: Dyra mottagare 23
1) kodmätning Observationsekvationer Fyra obekanta parametrar: 24
Observationsekvationer 2) fasmätning Fyra obekanta parametrar 25
Felkällor Osäkerhetsfaktorer vid GNSS-mätningar Flervägsfel (Multi-Path) Satellitsignalen stöter på en reflekterande yta och studsar mot denna till GPS-antennen. 26
Atmosfärsstörningar signalen bryts när den går genom atmosfären. Elektriska fält Lösning? Lösningen är att använda relativmatning! 27
Observationsekvationer med felkällor Observationsekvationerna, med felkällorna inkluderade, kan skrivs som: 1 och 2: betecknar bärvåg L1 och L2 f är frekvens I är jonosfärisk effekt T är troposfärisk effekt O är radiellt satelitpositionsfel MP är flervägsfel Ɛ är slumpmässiga observationsfel 28
Satellit konfiguration (DOP: Dilution Of Precision) Sträckta konfiguration trång konfiguration bra dålig Ju mindre DOP-tal desto bättre resultat. 29
30