Global Positionering System (GPS) Sadegh Jamali Baserat på material från: 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
Jämförelse mellan traditionella och moderna tekniker 3
Moderna tekniker, GNSS
Moderna tekniker Traditionell tekniker ~ 20000 km 200-2000 km VLBI: Very Long Baseline Interferometry SLR: Satellite laser ranging LLR: Lunar laser ranging GPS: Global Positioning System 5
GNSS Global Navigation Satellite Systems GLONASS Galileo GPS QZSS IRNSS BeiDou 6
GLONASS GLObal NAvigation Satellite System Ett ryskt system Initierades 1982 24 satelliter i 3 banor 19 100 km över jordytan 7
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 8
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 9
GPS Amerikanskt (USA) Initierat 1973 Militärt (nu kan alla använda) 31 aktiva satelliter 10
Uppbyggnad av GPS GPS består av tre segment Rymdsegmentet (satelliterna) Kontrollsegmentet (övervakningsstationerna) Användarsegmentet (vi!) 11
Rymdsegmentet 31 satelliter i 6 olika banor Befinner sig 20200 km över jordytan Inklinationen (satellitbanans lutning mot ekvatorn) är ca 55 Satelliterna är utrustade mycket noggranna atomklockor (oscillatorer) 12
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) 13
Vad är kontrollsegments uppdrag? - Kontrollstationerna svarar för att hålla satelliterna kvar i sina planerade banor. 14
GPS-observationer
Repetition: FRI STATION 16
Lösning Linjarisering av längd A d X = λ + V 1
Princip för satellitpositionering känd okänd 18
satelliternas position är känd 19
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 20
GPS signaler Satelliterna sänder på två bärfrekvenser L1, L2 På bärsignalerna moduleras digitala koder: C/A-kod (Coarse Acuisition eller Clear Access) P-kod, (Precise eller Protected, PRN Pseudo Random Noise) Navigeringsmeddelande (utsända bandata, klockfel, och almanacksdata ) L1 eller L2 + C/A, P, Navigeringsmeddelande mudulasion teknik 21
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 22
Fördelar/nackdelar med Kodmätning Fördelar: Ger positionen i realtid Billiga mottagare (<3000 SEK). Nackdel: Dålig noggrannhet. 23
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 24
2) Fasmätning Hur många våglängder (ambiguity; periodkonstant) det var till satelliten just när man fick kontakt + delen av den närmaste våglängden vid varje observationstillfälle 25 https://www.lantmateriet.se
N=periodobekant λ=våglängd Mottagare för fasmättning: enfrekvensmottagare: mäter enbart på L1 tvåfrekvensmottagare: Mäter både på L1 och L2 Noggrannare än enfrekvensmottagare Kortare observationstider Dyrare 26
Fördelar/nackdelar med fasmätning Fördel: Noggrann (± 1 cm relativt) Nackdel: Dyra mottagare 27
1) kodmätning Observationsekvationer Fyra obekanta parametrar: 28
Observationsekvationer 2) fasmätning Fyra obekanta parametrar 29
Fel vid GPS-mätningar
Felkällor Osäkerhetsfaktorer vid GNSS-mätningar Flervägsfel (Multi-Path) Satellitsignalen stöter på en reflekterande yta och studsar mot denna till GPS-antennen. 31
Atmosfärsstörningar signalen bryts när den går genom atmosfären. Elektriska fält Lösning? Lösningen är att använda relativmatning! 32
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 33
Satellit konfiguration (DOP: Dilution Of Precision) Sträckta konfiguration trång konfiguration bra dålig Ju mindre DOP-tal desto bättre resultat. 34
35