1

1.Budowa stacji permanentnej GNSS: odbiornik sygnałów satelitarnych, który bez przerwy wykonuje pomiary,
obserwacje, zapisuje i udost

ę

pnia je dalej. Odbiornik ze stacj

ą

zasilaj

ą

c

ą

, odbiornik przekazuje info. Do pami

ę

ci np.

na dysk komputera. Głównym zadaniem stacji jest obserwacja, gromadzenie i udost

ę

pnianie danych.

2.zadanie serwisu IGS (International GNSS Service):

1. Realizacja globalnego, precyzyjnego układu odniesienia
2. Badania ruchu obrotowego Ziemi, ruchu biegunów i zjawisk pływowych
3. Badania ziemskiego pola grawitacyjnego i wyznaczanie geoidy
4. Badania deformacji skorupy ziemskiej, ruchów płyt tektonicznych, tektonicznych ruchów

wewn

ą

trzpłytowych, ruchów glacjo-izostatycznych

5. Monitoring i prognozowanie trz

ę

sie

ń

ziemi oraz erupcji wulkanicznych

6. Badania zmian poziomu mórz i oceanów oraz dynamiki lodowców
7. Badania atmosfery (jonosfery i troposfery)

3. IGS dane i produkty:
-

obserwacje GPS I GLONASS(sesje 24godz, 1 godz, 15 min)

-

efemerydy pokładowe GPS (1dzien, 1 godz, 15 min)

-

efemerydy pokładowe GLONASS (1 dzien)

-

obserwacje meteorologiczne(1 dzien, 1 godzina)

-

współrz

ę

dne stacji (pion:3mm/poziom:6mm)

-

pr

ę

dko

ść

stacji

-

ruch bieguna

-

dł. Doby (10^-5s)

-

troposfera, jonosfera

4. IGS w Polsce (6 stacji permanentnych):
BOR1( Borowiec) i JOZE (Józefosław- najstarsza w Polsce),LAMA (Lamkówko), BOGI(Gorowa Góra),
JOZ2(Józefosław 2),WROC(Wrocław).

5. zadania sieci EPN (europejska sie

ć

stacji permanentnych)

Zadanie to zag

ę

szczanie sieci IGS: stacje

ś

ledz

ą

ce, centra operacyjne, centra danych(7), centra analiz (w Polsce

MUT i WUT), combination centre.

6. EPN dane i produkty:

-

obserwacje satelitarne GNSS: dobowe, godzinne, 15-minutowe(strumie

ń

danych)

Produkty:
-

rozwi

ą

zanie tygodniowe

-

wsp. i pr

ę

dko

ść

stacji

-

analizy szeregów czasowych

-

troposfera

7.EPN w Polsce:
W Polsce jest 18 stacji permanentnych z czego 6 z nich nale

ż

y do IGS: Biała Podlaska, Borowa Góra, Borowiec,

Bydgoszcz, Gorzów Wielkopolski, Józefosław(2), Katowice, Kraków(2),Lamkówko, Łód

ź

, Radzikowo, Suwałki,

Ustrzyki Dolne, Wrocław,

Ż

ywiec

8.System EUPOS(European Positioning Determination System):
-stacje GLONASS I GPS (i GALILEO)
-ok. 900 stacji z 18 krajów
-nawigacja geodezyjna, poprawki DGNSS i RTK
-realizacja układu ETRS 89
(ka

ż

dy kraj ma swoje, ale wszystkie nale

żą

do jednego systemu na tej samej zasadzie)

9. Budowa ASG-EUPOS:
Obserwacje satelitarne GNSS przekazywane s

ą

na bie

żą

co (strumieniem danych) do centrum obliczeniowego

(Warszwa GODGIK i Katowice) sk

ą

d u

ż

ytkownicy mog

ą

pobiera

ć

gotowe dane.

Dokładniej:
Opis systemu ASG-EUPOS:

a) Stacje referencyjne

Jednym z trzech głównych segmentów systemu ASG-EUPOS jest segment odbiorczy. Jego rol

ą

jest zbieranie

danych obserwacyjnych do satelitów GNSS i przekazywanie ich w czasie rzeczywistym do Centrum
Obliczeniowego. Składa si

ę

on z równomiernie rozło

ż

onych na obszarze Polski i pa

ń

stw s

ą

siaduj

ą

cych stacji

2

referencyjnych GNSS. Zgodnie ze standardem EUPOS przy budowie segmentu odbiorczego przyj

ę

to nast

ę

puj

ą

ce

zało

ż

enia:

-

ś

rednia odległo

ść

pomi

ę

dzy stacjami wynosi 70km,

-do sieci stacji referencyjnych wł

ą

czone zostały istniej

ą

ce stacje EPN i IGS,

-współrz

ę

dne stacji wyznaczone zostan

ą

w systemie ETRS89 oraz układach pa

ń

stwowych,

-w stacjach referencyjnych wykorzystano jedynie precyzyjne dwucz

ę

stotliwo

ś

ciowe odbiorniki GNSS.

-miejsca zainstalowania stacji referencyjnych wybrano tak, aby zapewni

ć

dogodne warunki obserwacji satelitów

GNSS.

Aktualnie segment ten składa si

ę

z nast

ę

puj

ą

cych grup stacji referencyjnych:

-81 stacje krajowe z modułem GPS,
-18 stacji krajowych z modułem GPS/GLONASS,
-22 stacje zagraniczne.
b) Centrum Zarz

ą

dzaj

ą

ce

Główn

ą

funkcj

ą

Centrum Zarz

ą

dzaj

ą

cego jest wyliczenie i udost

ę

pnianie danych dla poszczególnych serwisów

ś

wiadczonych przez system ASG-EUPOS. Stacje referencyjne wysyłaj

ą

w sposób ci

ą

gły swoje obserwacje GNSS

prosto do Centrum Zarz

ą

dzaj

ą

cego za pomoc

ą

ł

ą

cz teleinformatycznych. Na podstawie tych obserwacji wyliczane

s

ą

poprawki RTK/DGNSS, które nast

ę

pnie zostaj

ą

udost

ę

pnione dla u

ż

ytkowników systemu. Cały proces oblicze

ń

i

dostarczenia poprawek odbywa si

ę

automatycznie. W tym przypadku pracownicy Centrum Zarz

ą

dzania s

ą

odpowiedzialni za ci

ą

gło

ść

obserwacji satelitarnych oraz wykonywanie testów poprawno

ś

ci działania całego

systemu.

Bezpo

ś

rednio z Centrum Zarz

ą

dzaj

ą

cego u

ż

ytkownik mo

ż

e pobra

ć

pliki obserwacyjne z poszczególnych stacji

referencyjnych systemu ASG-EUPOS lub przesła

ć

własne pliki obserwacyjne w celu uzyskania precyzyjnej pozycji

mierzonych szczegółów terenowych.

Poza zapewnieniem usług zwi

ą

zanych z wyznaczaniem pozycji Centrum Zarz

ą

dzaj

ą

ce pełni funkcj

ę

dotycz

ą

c

ą

konserwacji pa

ń

stwowego układu odniesienia. Cotygodniowe wyliczenie współrz

ę

dnych stacji referencyjnych

pozwala na bie

żą

c

ą

kontrol

ę

stało

ś

ci stacji, które definiuj

ą

ten układ.

C) U

ż

ytkownicy - Prócz stacji referencyjnych i centrum obliczeniowego w skład struktury systemu ASG-EUPOS

wpisuj

ą

si

ę

tak

ż

e u

ż

ytkownicy.

U

ż

ytkownicy systemu maj

ą

mo

ż

liwo

ść

wyboru sprz

ę

tu pomiarowego z szerokiego wachlarza urz

ą

dze

ń

dost

ę

pnych

na rynku. Poszczególne serwisy

ś

wiadczone przez system ASG-EUPOS mog

ą

by

ć

wykorzystane zarówno przez

jedno, jak i dwucz

ę

stotliwo

ś

ciowe odbiorniki GPS wyposa

ż

one w moduł komunikacyjny. Rozwi

ą

zania przyj

ę

te w

systemie daj

ą

mo

ż

liwo

ść

korzystania z niego tak

ż

e u

ż

ytkownikom nie posiadaj

ą

cym kosztownej aparatury

pomiarowej, a wyposa

ż

onym przykładowo w prosty odbiornik turystyczny GPS.

Dzi

ę

ki ci

ą

głej dost

ę

pno

ś

ci na obszarze całej Polski oferowanych serwisów u

ż

ytkownik, który zdecyduje si

ę

na

korzystanie z systemu ASG-EUPOS dysponuje mo

ż

liwo

ś

ci

ą

precyzyjnego okre

ś

lenia swojej pozycji niezale

ż

nie od

miejsca i czasu.

10. serwisy i produkty ASG-EUPOS:

Nawgeo- udostepnianie poprawek do pomiarów w trybie RTK
- poprawki w formacie RTCM2.3 i 3.0
- poprawki sieciowe
- transmisje poprawek przez internet
Dane dost

ę

pne dla zarejestrowanych u

ż

ytkowników

NAWGEO to podstawowy serwis systemu ASG-EUPOS udost

ę

pniaj

ą

cy poprawki do pomiarów w czasie

rzeczywistym RTK. Umo

ż

liwia uzyskiwanie najwy

ż

szych dokładno

ś

ci zarówno w pomiarach kinematycznych, jak i

okre

ś

laniu poło

ż

enia obiektów statycznych. Dzi

ę

ki wielu dost

ę

pnym formatom poprawek, serwis NAWGEO

pozwala u

ż

ytkownikowi wykorzysta

ć

szerok

ą

gam

ę

sprz

ę

tu pomiarowego dost

ę

pnego na rynku. Ze wzgl

ę

du na

3

mo

ż

liw

ą

do uzyskania wysok

ą

dokładno

ść

pomiarów, serwis NAWGEO dedykowany jest przede wszystkim

pomiarom geodezyjnym.
Po zalogowaniu si

ę

na serwerze systemu (system.asgeupos.pl) u

ż

ytkownik wybiera odpowiadaj

ą

cy mu strumie

ń

danych korekcyjnych. Poni

ż

ej wyszczególniono wszystkie dost

ę

pne w serwisie NAWGEO formaty poprawek z

podziałem na porty, na których s

ą

udost

ę

pnione:

Nale

ż

y pami

ę

ta

ć

,

ż

e podobnie jak w przypadku pozostałych serwisów czasu rzeczywistego systemu ASG-EUPOS,

dane przesyłane s

ą

protokołem NTRIP, wymagaj

ą

cym od u

ż

ytkownika autoryzacji poprzez podanie loginu i hasła.

Dane do logowania w serwisach ASG-EUPOS u

ż

ytkownik otrzymuje po zarejestrowaniu si

ę

w systemie

POZGEO - obliczenia (postprocessing)obserwacji statycznych, 6 stacji najbli

ż

ej polozonych, brak obserwacji

miedzy mierzonymi pkt.

POZGEO - Serwis POZGEO przeznaczony jest do oblicze

ń

w trybie postprocessingu obserwacji GPS

wykonywanych metod

ą

statyczn

ą

. Do oblicze

ń

wykorzystywane s

ą

obserwacje fazowe z odbiorników jedno i

dwucz

ę

stotliwo

ś

ciowych, przekonwertowane do ustalonego formatu danych obserwacyjnych.

Dost

ę

p do serwisu realizowany jest przez stron

ę

internetow

ą

systemu. Po zalogowaniu si

ę

u

ż

ytkownik

mo

ż

e przesła

ć

dane obserwacyjne za pomoc

ą

przygotowanego formularza zgłosze

ń

. Po przesłaniu pliku

obserwacyjnego, jest on sprawdzany pod wzgl

ę

dem poprawno

ś

ci formatu, a nast

ę

pnie przekazywany do aplikacji

automatycznego postprocessingu realizowanego poprzez Automatic Postprocessing Software for Trimble
Application (APPS). Oprogramowanie prowadzi obliczenia bazuj

ą

c na podwójnych ró

ż

nicach obserwacji fazowych.

Dodatkow

ą

cecha oprogramowania jest korzystanie z absolutnych kalibracji dla anten GPS.

Obliczenia dla przesłanych plików obserwacyjnych wykonywane s

ą

w oparciu o 6 najbli

ż

szych stacji

referencyjnych, do których wyznaczone wektory spełniaj

ą

okre

ś

lone kryteria dokładno

ś

ciowe. Na ich podstawie

realizowane jest wyrównanie, którego wynikiem s

ą

współrz

ę

dne stacji w układzie ETRF2000 (ang. European

Terrestrial Reference Frame). Dodatkowo współrz

ę

dne s

ą

przeliczane do układów 2000, 1992 oraz 1965. w

zale

ż

no

ś

ci od daty wprowadzenia pliku obserwacyjnego do oblicze

ń

u

ż

ywane s

ą

orbity nawigacyjne, IGS-rapid lub

IGS-final.

POZGEO D- udostepnianie obserwacji ze stacji fiz. i wirtualnych

Serwis POZGEO D przeznaczony jest dla u

ż

ytkowników obeznanych z metodyk

ą

opracowania obserwacji

satelitarnych. Jego zadaniem jest udost

ę

pnianie plików obserwacyjnych ze stacji referencyjnych systemu ASG-

EUPOS oraz utworzonych wirtualnych stacji referencyjnych, na podstawie parametrów zadanych przez
u

ż

ytkownika.

Parametry wprowadzane przez u

ż

ytkownika dotycz

ą

wyboru stacji referencyjnych, okre

ś

lenia daty obserwacji,

długo

ś

ci sesji obserwacyjnych oraz interwału rejestracji. w przypadku stacji wirtualnej nale

ż

y dodatkowo okre

ś

li

ć

współrz

ę

dne, dla których ma by

ć

wygenerowana. Serwis POZGEO D, podobnie jak serwis POZGEO realizowany

jest poprzez stron

ę

www systemu ASG-EUPOS. Przygotowane przez system pliki obserwacyjne pozostawiane s

ą

na serwerze www do pobrania lub wysyłane s

ą

na e-mail, okre

ś

lony przez u

ż

ytkownika. Formaty w jakich

udost

ę

pniane s

ą

dane obserwacyjne to RINEX 2.1x oraz skompresowany Compact RINEX (Hatanaka).

Ze wzgl

ę

du na dodatkow

ą

mo

ż

liwo

ść

wygenerowania wirtualnych stacji referencyjnych, u

ż

ytkownik mo

ż

e

opracowa

ć

dane obserwacyjne w oparciu o dwa podej

ś

cia. Pierwsze jest klasycznym przykładem dla

postprocessingu, w którym stacje referencyjne ASG-EUPOS stanowi

ą

nawi

ą

zanie dla sieci wyznaczanych

wektorów. Uzyskiwana dokładno

ść

uzale

ż

niona jest od klasy sprz

ę

tu pomiarowego,

ś

rodowiska pomiarowego oraz

długo

ś

ci sesji obserwacyjnej.

14. Protokół Ntrip

Protokół/aplikacje umo

ż

liwiaj

ą

ce przesyłanie danych GNSS za po

ś

rednictwem Internetu. Standard RTCM

przeznaczony do rozpowszechniania poprawek obserwacyjnych i innych danych GNSS w postaci strumienia
danych.

NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) to protokół transmisji danych opracowany przez
Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG), Frankfurt, Niemcy. Protokół ten w pierwotnej wersji miał by

ć

wykorzystywany do transportu danych korekcyjnych RTCM, co jest uj

ę

te w jego nazwie. Jednak stał sie on tak

uniwersalny,

ż

e mo

ż

na go wykorzysta

ć

do przesyłania wszelakich danych gdzie wymagany transfer nie przekracza

5 kbit/s. Obecnie jest on wykorzystywany do transportu danych GNSS pocz

ą

wszy od danych RAW poprzez dane

RTCM, a na danych tekstowych NMEA ko

ń

cz

ą

c.

Nie bez znaczenia dla dystrybucji danych z wykorzystaniem protokołu NTRIP był równie

ż

rozwój telefonii

komórkowej i mo

ż

liwo

ść

ł

ą

czenia si

ę

z Internetem za pomoc

ą

poł

ą

cze

ń

CSD (wydzwanianych), a pó

ź

niej szybkich

pakietowych transmisji danych jak GPRS, a obecnie rozwijanych (telefonia trzeciej generacji) szybkich

4

multimedialnych transmisji danych jak EDGE czy UMTS. System do udost

ę

pniania danych GNSS tworzy moduł

komunikacji HTTP/TCP/IP oraz moduły sprz

ę

towo/programowe: moduł stacji referencyjnych, moduł Castera oraz

moduł klienta.

Schemat działania systemu dystrybucji danych z wykorzystaniem protokołu NTRIP prezentuj

ą

poni

ż

sze rysunki.

Protokół NTRIP jest obecnie standardem przyj

ę

tym we wrze

ś

niu 2004 przez komisje RTCM do dystrybucji korekt

ró

ż

nicowych przez Internet.

12. Budowa MSPP:

System pozycjonowania precyzyjnego generuje korekty RTK/DGPS w oparciu o sie

ć

stacji referencyjnych.

Małopolski System Pozycjonowania Precyzyjnego działa w oparciu o technologi

ę

VRS - Virtual Reference Stations.

Technologia VRS gwarantuje w przypadku rozło

ż

enia przestrzennego stacji referencyjnych w odległo

ś

ciach około

70 km wzgl

ę

dem siebie, generowanie korekt pozwalaj

ą

cych na zachowanie dokładno

ś

ci wyznaczenia punktów

poło

ż

onych wewn

ą

trz obszaru stacji referencyjnych metod

ą

RTK (Real Time Kinematics - pomiary w czasie

rzeczywistym)nie gorszych ni

ż

:

w poziomie - do 0.03 m
w pionie - do 0.05 m.
przy zachowaniu 99,9% ufno

ś

ci otrzymanych wyników.

W przypadku wi

ę

kszych ni

ż

70 km odległo

ś

ci pomi

ę

dzy stacjami - odległo

ść

u

ż

ytkownika dokonuj

ą

cego pomiar

RTK od fizycznej stacji referencyjnej przekracza 35 km, lub poza obszarem okre

ś

lonym przez stacje referencyjne,

dokładno

ść

wyznaczenia współrz

ę

dnych maleje.

Dla pomiarów wykonywanych metod

ą

DGPS (Differential GPS - ró

ż

nicowy GPS), korekty DGPS generowane

przez system VRS, pozwalaj

ą

na wyznaczanie współrz

ę

dnych z dokładno

ś

ciami do 0.5 m w poziomie.

13. Serwisy i produkty MSPP

Nie wiem o co chodzi, wi

ę

c napisz

ę

WSZYSTKO co było na wykładach na temat MSPP:

- rozwi

ą

zania takie same jak ASG-EUPOS

- centrum oblicz. w Krakowie
- poprawki RTK, DGNNS
obserwacje w formacie rinex
nie ma systemu obliczeniowego (nie mo

ż

emy wysła

ć

swoich obserwacji do obliczenia)

5

16. System DORIS zasada działania, zastosowanie

DORIS - Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite

- słu

ż

y do precyzyjnego wyznaczania orbit i pozycji

- wykorzystuje pomiar efektu Dopplera sygnałów transmitowanych z sieci stacji naziemnych do odbiorników
umieszczonych na satelitach
- około 60 stacji na

ś

wiecie

- sygnał w 2 zakresach cz

ę

stotliwo

ś

ci

- dokładno

ść

wyznaczania orbity ro

ś

nie wraz z ilo

ś

ci

ą

wykonanych obserwacji, nale

ż

y uwzgl

ę

dni

ć

czynniki:

manewry satelity, ustawienie paneli słonecznych, zu

ż

ycie paliwa.

- zastosowanie: wyznaczanie dryftu kontynentów, monitorowanie pola grawimetrycznego, pionowe ruchy skorupy
ziemskiej, dryft płyt tektonicznych. zmiany poło

ż

enia

ś

rodka ci

ęż

ko

ś

ci Ziemi, wyznaczanie ruchu bieguna

DORIS jest satelitarnym systemem opartym na zjawisku Dopplera. Mo

ż

na nazwa

ć

ten system "mierniczym

przestrzeni kosmicznej", gdy

ż

wyznacza on z du

żą

precyzj

ą

orbity satelitów. DORIS jest tak

ż

e ziemskim systemem

pozycjonowania. Jest wykorzystywany na satelitach altimetrycznych i teledetekcyjnych, wi

ę

c słu

ż

y po

ś

rednio do

wyznaczania kształtu i rozmiarów Ziemi m.in. poprzez badanie poziomu mórz i pola siły ci

ęż

ko

ś

ci. System ten

dostarcza danych do bada

ń

w zakresie geodezji, geofizyki, a tak

ż

e dla innych dziedzin.

17. Dokładno

ś

ci uzyskiwane z wykorzystaniem DORIS

System DORIS został pomy

ś

lany tak, aby zapewnia

ć

dokładno

ść

wyznaczenia poło

ż

enia rz

ę

du jednego

centymetra. Dokładno

ść

t

ę

gwarantuj

ą

nast

ę

puj

ą

ce trzy składniki systemu:

- wysoce stabilny oscylator,
- sie

ć

wi

ę

cej ni

ż

50 stacji naziemnych,

- dwie cz

ę

stotliwo

ś

ci.

(o DORIS jest cały artykuł na WIKIPEDII)

33. Definicje systemu i układu odniesienia

System odniesienia- zbiór zalece

ń

wraz z opisem modeli potrzebnych do zdefiniowania pocz

ą

tku, skali i orientacji

osi oraz ich zmian w czasie
Układ odniesienia- stanowi praktyczn

ą

realizacj

ę

systemu odniesienia. Jest on zdefiniowany poprzez zbiór

fizycznych punktów o dobrze wyznaczonych współrz

ę

dnych w układzie okre

ś

lonym w definicji systemu odniesienia.

Na układ odniesienia składaj

ą

si

ę

wyznaczone z obserwacji warto

ś

ci parametrów opisuj

ą

cych pocz

ą

tek układu,

skal

ę

(metryk

ę

) i orientacj

ę

jego osi oraz ich zmienno

ść

w czasie.

34. Definicja i zastosowanie układu ziemskiego:
Układ ziemski (ziemski układ odniesienia)- Podstawowa o

ś

układu ziemskiego- o

ś

obrotu Ziemi. Wła

ś

ciwo

ś

ci :

- geocentryczny, o pocz

ą

tku w

ś

rodku masy Ziemi wraz z oceanami i atmosfer

ą

- orientacja osi zgodna z orientacj

ą

BIH (Mi

ę

dzynarodowe Biuro Czasu)na epok

ę

1984

- zmiana orientacji w czasie nast

ę

puje z zało

ż

eniem,

ż

e suma poziomych ruchów tektonicznych nie zawiera

składowych obrotu
Zastosowanie - pozwala na rozwi

ą

zywanie zada

ń

geodezyjnych- zwi

ą

zany z Ziemi

ą

- realizowany przez okre

ś

lenie współrz

ę

dnych i pr

ę

dko

ś

ci punktów technikami VLBI, LLR, GNSS, SLR oraz

DORIS-ITRF

35. Definicja i zastosowanie układu niebieskiego:
Układ niebieski- pozwala na wyznaczenie poło

ż

enia osi obrotu Ziemi w przestrzeni- obserwacje obiektów nie

zwi

ą

zanych z Ziemi

ą

.

Układ niebieski- parametry orientacji Ziemi:

1)

zmiana poło

ż

enia osi obrotu Ziemi wzgl

ę

dem gwiazd/ układu niebieskiego- precesja, nutacja

2)

zmiana poło

ż

enia osi obrotu wzgl

ę

dem bryły Ziemi- ruch bieguna

3)

niejednostajno

ść

obrotu Ziemi- długo

ść

doby

Zastosowanie: Współrz

ę

dne obiektów pozaziemskich wyznacza si

ę

w układzie niebieskim (quasi- inercjalnym)

36. Realizacja ICRS:
ICRS- International Celestial Reference System – Niebieski Układ Odniesienia)
- obowi

ą

zuje od 1.01.1988 r, zast

ę

puj

ą

c FK5

- oparty na wynikach obserwacji VLBI (radio

ź

ródła) opracowanych na zasadach OTW

- pocz

ą

tek systemu w barycentrum Układu Słonecznego (barycentrum-

ś

rodek masy)

- układ quasi- inercjalny (bez rotacji wzgl

ę

dem przestrzeni inercjalnej)

- biegun układu wynika z modelu precesji i nutacji IAU (Mi

ę

dzynarodowa Unia Astronomiczna)

- pocz

ą

tek rektascensji zdefiniowany jest poprzez warto

ść

rektascensji radio

ź

ródła 3C 273B z katalogu FK5 na

epok

ę

2000

- realizacj

ę

stanowi

ą

α

i

δ

pozagalaktycznych radio

ź

ródeł wyznaczanych technik

ą

VLBI_ICRF

6

- realizowany poprzez katalog fundamentalny (FK5) zawieraj

ą

cy pewn

ą

liczb

ę

pozycji gwiazd fundamentalnych i

ich ruchów oraz poprzez system stałych astronomicznych
- praktycznymi realizacjami ICRS s

ą

Mi

ę

dzynarodowy Niebieski Układ Odniesienia (ICRF) oraz (w dziedzinie

widzialnej widma) układ definiowany przez katalog pozycyjny Hipparcos.

37. Realizaca ITRS
ITRS- International Terrestrial Reference System (Umowny Układ Ziemski)
Ziemski system odniesienia (ITRS) jest systemem przestrzennym obracaj

ą

cym si

ę

wraz z Ziemi

ą

. W systemie tym

pozycje punktów zwi

ą

zanych z powierzchni

ą

Ziemi s

ą

okre

ś

lone przez współrz

ę

dne, które podlegaj

ą

jedynie

małym zmianom w czasie, spowodowanym przez efekty geofizyczne (ruchy tektoniczne, deformacje pływowe)
Realizacjami ITRS s

ą

mi

ę

dzynarodowe ziemskie układy odniesienia ITRF o kolejnych rozwi

ą

zaniach: ITRF88,

ITRF89, …, ITRF96, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005, ITRF2008. Ka

ż

da z wersji ITRF zawiera pozycje i pr

ę

dko

ś

ci

stacji wraz z ich charakterystyk

ą

dokładno

ś

ciow

ą

38.

Satelity z systemem DORIS

•

Francuski system kontroli orbit satelitów: Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite

•

Słu

ż

y do precyzyjnego wyznaczania orbit i pozycji.

•

wykorzystuje pomiar efektu Dopplera sygnałów transmitowanych z sieci stacji naziemnych do odbiorników

umieszczonych na satelitach

•

zaprojektowany do precyzyjnego wyznaczania orbity satelitów

•

zastosowanie:

wyznaczanie dryftu płyt tektonicznych

monitorowanie pola grawimetrycznego Ziemi

wyznaczanie orbit

wyznaczanie ruchu obrotowego Ziemi

precyzyjne wyznaczanie pozycji na Ziemi

nawigacja satelitarna

pomiary poło

ż

enia

ś

rodka ci

ęż

ko

ś

ci Ziemi

wyznaczanie ruchu bieguna

•

ok. 60 stacji na

ś

wiecie

•

sygnał o 2 zakresach cz

ę

stotliwo

ś

ci, dokładno

ść

ro

ś

nie wraz z ilo

ś

ci

ą

wykonanych obserwacji, nale

ż

y

uwzgl

ę

dni

ć

czynniki:

manewry satelity

ustawienie paneli słonecznych

zu

ż

ycie paliwa

Satelity z systemem DORIS

•

SPOT 2 ;Topex/Poseidon; SPOT 3; SPOT 4; Jason-1; Envisat; SPOT 5 ;

•

SPOT 2 satelita teledetekcyjny, Topex/Poseidon satelita altimetryczny, SPOT 3 satelita teledetekcyjny,

SPOT 4 satelita teledetekcyjny, Jason-1 satelita altimetryczny, Envisat satelita altimetryczny, SPOT 5
satelita teledetekcyjny.

39. Produkty SLR/LLR

SLR – Satellite Laser Ranging (pomiary laserowe do satelitów)
LLR – Lunar Laser Ranging (pomiary laserowe do Ksi

ęż

yca)

produkty:

•

parametry orientacji Ziemi

•

współrz

ę

dne stacji

•

poło

ż

enie

ś

rodka ci

ęż

ko

ś

ci Ziemi

•

orbita satelity

•

efemerydy Ksi

ęż

yca

•

precyzyjne efemerydy satelitów

40. Satelity do obserwacji SLR
SLR –

(ang. Satellite Laser Ranging) – pomiar odległo

ś

ci do satelitów przy u

ż

yciu lasera

optycznego. Impuls laserowy wysłany ze stacji wraca po odbiciu od lustra umieszczonego na satelicie. Ró

ż

nica

czasu mi

ę

dzy wysłaniem i odbiorem impulsu stanowi podwójn

ą

odległo

ść

od satelity.

Ze wzgl

ę

du na potrzebn

ą

moc impulsu lasera, wykorzystuje si

ę

do obserwacji głównie satelity LAGEOS.

Równie

ż

cz

ęść

satelitów GLONASS wyposa

ż

onych jest w lustra. W chwili obecnej pracuje na

ś

wiecie około 20

stacji SLR w tym jedna w Polsce w Obserwatorium Astro–Geodynamicznym CBK PAN w Borowcu pod
Poznaniem.
Uzyskiwane dokładno

ś

ci s

ą

porównywalne z technik

ą

GPS i wynosz

ą

kilka cm dla mierzonej odległo

ś

ci do

satelity.

7

41. Misja GOCE – Gravity Field and Steady – State Ocean Circulation Explorer Mission

•

pocz

ą

tek misji: 17.03.2009

•

czas trwania: 20 miesi

ę

cy

•

słu

ż

y do wyznaczania parametrów pola grawitacyjnego z bardzo du

żą

dokładno

ś

ci

ą

1mGal

•

wyznacza geoid

ę

z dokładno

ś

ci

ą

1 – 2 cm

•

rozdzielczo

ść

lepsza ni

ż

100 km

•

Satelita:

orbita prawie kołowa, synchroniczna ze Sło

ń

cem

e = 0.0
i = 96.5

o

h = 295 km
7 luster(??)
odbiornik GPS

•

kompensacja sił niegrawitacyjnych i momentów obrotowych

•

główne instrumenty:

radiometr, pomiar gradientów grawitacyjnych
odbiornik GPS/GLONASS, pozycjonowanie satelity

•

CELE MISJI:

modle geopotencjału do stopnia i rz

ę

du 200 współczynników harmonik sferycznych

„centymetrowa” geoida – spodziewana dokładno

ść

wyznacze

ń

anomalii grawitacyjnych 1 – 2

mGal; spodziewana rozdzielczo

ść

przestrzenna modelu geopotencjału i geoidy: 100 km

•

ZASTOSOWANIA:

geodezja, ulepszony globalny wysoko

ś

ciowy system odniesienia

oceanografia, cyrkulacja oceanu
fizyka wn

ę

trza Ziemi, litosfera, płaszcz

wyznaczanie masy i grubo

ś

ci warstw lodów polarnych

nawigacja inercjalna

42. Misja GRACE

•

pocz

ą

tek misji: 17.02.2002

•

czas trwania: 5 lat

•

Zadaniem GRACE jest precyzyjne okre

ś

lanie zmienno

ś

ci pola grawitacyjnego Ziemi w ci

ą

gu 5 lat

•

w misji uczestnicz

ą

2 identyczne satelity na orbicie biegunowej ok. 500 km ponad powierzchni

ą

Ziemi

oddalone od siebie o ok. 220 km

•

mapowanie pola grawitacyjnego Ziemi poprzez precyzyjne pomiary odległo

ś

ci pomi

ę

dzy satelitami

GRACE przy u

ż

yciu pomiarów GPS oraz dalmierza mikrofalowego – uzyskanie modelu pola

grawitacyjnego Ziemi z du

żą

dokładno

ś

ci

ą

.

•

wspólna orbita – satelity o 220 km od siebie

•

liczone s

ą

obserwacje – odległo

ść

od dwóch s

ą

siednich satelit

•

4 lustra

•

odbiornik GPS

43. Transformacja ICRF<->ITRF

Transformacja pomi

ę

dzy ziemskim systemem odniesienia (do niego odnosz

ą

si

ę

obserwacje) a niebieskim

systemem odniesienia (system quasi-inercjalny, w którym podawane s

ą

pozycje gwiazd), tradycyjnie jest

wykonywana w trzech zasadniczych etapach. W pierwszym etapie system obserwacyjny zdefiniowany przez „
równik obserwacyjny” i „zerowy południk obserwacyjny” jest przeprowadzany przy pomocy parametrów opisuj

ą

cych

ruch bieguna ziemskiego w system po

ś

redni zdefiniowany przez „równik po

ś

redni” i „zerowy południk po

ś

redni”.

Nast

ę

pnym krokiem jest obrót systemu po

ś

redniego wokół osi „równika po

ś

redniego” o k

ą

t reprezentuj

ą

cy obrót

Ziemi wokół własnej osi. Obrócony w ten sposób system po

ś

redni staje si

ę

geocentrycznym systemem niebieskim,

do którego odnosz

ą

si

ę

tzw. miejsca pozorne. W ostatnim kroku system po

ś

redni (a dokładnie utworzony w

poprzednim kroku geocentryczny system niebieski) jest przeprowadzany w system quasi-inercjalny przy pomocy
parametrów opisuj

ą

cych precesj

ę

i nutacj

ę

. W transformacji s

ą

uwzgl

ę

dniane dodatkowo efekty aberracji i

paralaksy, ruch własny gwiazd i efekty relatywistyczne.

44. System WGS84

Parametry:

1) Du

ż

a póło

ś

(a) - 6378137 m

2) Odwrotno

ść

spłaszczenia (1/f) – 298.257223563

3) Pr

ę

dko

ść

k

ą

towa ruchu wirowego Ziemi (

ω

) – 792115.0 x 10

-11

4) Geocentryczna stała grawitacyjna (GM) – 3986004.418 x 10

8

System geocentryczny
Skala zgodna z teori

ą

wzgl

ę

dno

ś

ci

8

Poło

ż

enie osi zgodne z ruchem czasu WG84

Suma wypadkowych obrotu = 0
Ukł. WGS84 jest zgodny z układem ITRF na poziomie 10cm

45. System PZ90 (Parameters of the Earth 1990, PE-90)

PZ 90(Parametry Zemil 1990)- system, w oparciu o który pracuje GLONASS. Dokładne poło

ż

enie

bieguna północnego zostało w nim okre

ś

lone jako

ś

rednia/ przeci

ę

tna pozycja bieguna z lat 1900-1905.

Przeciewnie do systemu WGS84 u

ż

ywanego przez GPS, który to przyjmuje pozycj

ę

bieguna z roku 1984.

Parametry

1) Pr

ę

dko

ś

c obrotowa Ziemi (

ω

) 7.292115 x 10

-5

2) Stała grawitacyjna Ziemi (µ) 398 600.4418 x 10

9

3) du

ż

a póło

ś

(a) 6378136 m

4) Spłaszczenie (f) 1/298.257 84

System geocentryczny współrz

ę

dnych prostok

ą

tnych

O

ś

Z zgodna z biegunem, tak jak system IERS

Dokładno

ść

układu współrz

ę

dnych jest porównywalna z innymi układami na poziomie 1-3cm

46. Transformacja mi

ę

dzy układami

=

+

+

*

T- współrz. Translacji
D- Skala
R- Katy obrotu wzgl

ę

dem osi ukł. Współrz.

47.

Transf. Pomiedzy WGS84 a PZ90

WGS84

=

PZ90

+

(parametry obowi

ą

zuj

ą

ce na chwil

ę

obecn

ą

)

48.

sygnały systemu GPS

Segmenty:

-u

ż

ytkownika

-kontroli

-kosmiczny

Kody PRN(Pseudo - Random Noise):

Kod C/A (Coarse Acquisition)

– jawny - o znanej strukturze,
– transmitowany tylko na cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej L1,

– cz

ę

stotliwo

ść

= 1.023MHz (długo

ść

fali = 293.1m),

– długo

ść

kodu wynosi 1023 bitów odmiennych dla ka

ż

dego satelity (PRN - Pseudo Random

Noise),
– czas transmisji całego kodu - 1 milisekunda

• Kod P/Y (precision/encrypted)

– struktura niejawna,
– transmitowany na cz

ę

stotliwo

ś

ciach L1 i L2

– cz

ę

stotliwo

ść

= 10.23MHz (długo

ść

fali =29.31m),

– czas transmisji całego kodu - 266 dni (7 dni dla ka

ż

dego satelity)

Kod Y nadawany zamiast kodu P, gdy aktywny jest tryb AS- anti-spoofing- system kodowania precyzyjnego Y-

tłumaczenie z geoforum

: Degradacje sygnału. Z chwil

ą

wprowadzenia pełnej operacyjno

ś

ci systemu GPS

zastosowano równie

ż

dwa rodzaje – wcze

ś

niej zapowiadanej – celowej degradacji sygnału satelitów powoduj

ą

cej

zmniejszenie dokładno

ś

ci wyznacze

ń

bezwzgl

ę

dnej pozycji. W ten sposób O

ś

rodek Dowodzenia ogranicza

korzystanie z GPS przez nieupowa

ż

nionych u

ż

ytkowników. I tak „selective availability” (SA) – polega na

zniekształceniu poprawki zegarów satelitów GPS i ograniczeniu dokładno

ś

ci elementów orbit zawartych w sygnale

satelitarnym. Natomiast istot

ą

„anti-spoofing”(A-S) jest zaprzestanie emisji kodu precyzyjnego P i zast

ą

pienie go

innym tajnym wojskowym kodem Y. Degradacja „selective availability” została decyzj

ą

władz ameryka

ń

skich

9

zniesiona 2 maja 2000 r. Obecnie emitowany sygnał GPS jest zatem od niej wolny. Oba rodzaje degradacji
powodowały znaczne (kilkakrotne) zmniejszenie dokładno

ś

ci okre

ś

lenia pozycji bezwzgl

ę

dnej wyznaczanego

punktu. Je

ś

li natomiast chodzi o pozycj

ę

wzgl

ę

dn

ą

, to degradacja „selective availability” miała niewielki wpływ na

wyznaczanie ró

ż

nicy współrz

ę

dnych, podczas gdy degradacj

ą

„anti-spoofing” obarczone s

ą

wszystkie precyzyjne

urz

ą

dzenia GPS z mo

ż

liwo

ś

ci

ą

odbioru kodu P. Najnowsze instrumenty maj

ą

jednak specjalne oprogramowanie

wewn

ę

trzne pozwalaj

ą

ce na obróbk

ę

odbieranego kodu Y. I cho

ć

go nie rozumiej

ą

, to wykorzystuj

ą

c pewne

wspólne elementy obu kodów, pozwalaj

ą

osi

ą

gn

ąć

taki wynik, jakby pomiar był wykonywany z u

ż

yciem kodu P.

Stosowane s

ą

tu najcz

ęś

ciej metody opracowania sygnału nazywane cross-corellation lub Z-tracking.

• Kod L2C (L2 Civilian)
–

jawny - o znanej strukturze,

–

transmitowany tylko na cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej L2,

–

cz

ę

stotliwo

ść

= 1.023MHz (długo

ść

fali = 293.1m),

–

kod dzielony jest na dwie sekwencje CM ( Civilian Moderate) o długo

ś

ci 10 230 bitów i

powtarzany co 20 ms oraz CL (Civilian Long) o długo

ś

ci 767 250 bitów powtarzany co 1500

• Kod L1C (L1 Civilian). Planowany w satelitach bloku III (po 2013 roku). Struktura ma by

ć

podobna jak dla kodu L2C

49.

Modulowanie fali no

ś

nej

Modulacja AM – amplitudy
Modulacja FM- cz

ę

stotliwo

ś

ci

Sygnał radiowy (0 i 1) nadawany jest w taki sposób,

ż

e:

1

0

0

180st przesuni

ę

cie fazy o 180st

Małe wyja

ś

nienie modulacji AM i FM:

Modulacja amplitudy (AM)

Najprostszym przykładem modulacji amplitudy jest dwustanowa modulacja OOK (On-Off Keying), która polega na
wł

ą

czaniu i wył

ą

czaniu sygnału no

ś

nej. Jest to elementarna forma modulacji cyfrowej. Była wykorzystana w

transmisji kodu Morse'a (CW), gdzie czas trwania lub zaniku sygnału odpowiadał poszczególnym znakom alfabetu.

W podstawowej postaci modulacji amplitudy obwiednia sygnału no

ś

nej odzwierciedla zmiany sygnału

informacyjnego. Najprostszym układem demodulacji sygnału AM jest detektor diodowy. Innym przykładem
demodulacji jest detekcja synchroniczna. W tym przypadku sygnał no

ś

nej w wyniku zmieszania z sygnałem

generatora lokalnego zostaje przeniesiony w pasmo ni

ż

szych cz

ę

stotliwo

ś

ci. Sygnał informacyjny zostaje

odtworzony na wyj

ś

ciu filtru dolnoprzepustowego. Demodulatory tego typu charakteryzuj

ą

si

ę

liniowo

ś

ci

ą

oraz

wi

ę

ksz

ą

odporno

ś

ci

ą

na zakłócenia sygnału.

Zalet

ą

modulacji amplitudy jest niew

ą

tpliwie jej prostota. Jednak decyduj

ą

ce znaczenie maj

ą

wady tej metody, czyli

nieefektywne wykorzystanie dost

ę

pnego pasma i mała sprawno

ść

energetyczna. Informacja u

ż

yteczna jest bowiem

zawarta w sygnale, którego moc stanowi jedynie 33% całkowitej mocy sygnału zmodulowanego amplitudowo.

Modulacje cz

ę

stotliwo

ś

ci (FM) i fazy (PM)

W modulacji FM cz

ę

stotliwo

ść

fali no

ś

nej zmienia si

ę

pod wpływem sygnału informacyjnego. W porównaniu z

modulacj

ą

amplitudy modulacja FM ma szereg zalet. Jedn

ą

z nich jest odporno

ść

na zmian

ę

amplitudy no

ś

nej.

Proces demodulacji sygnału zmodulowanego cz

ę

stotliwo

ś

ciowo wymaga zamiany jej na modulacj

ę

amplitudy przy

wykorzystaniu obwodu rezonansowego, który pozwala na uzale

ż

nienie sygnału wyj

ś

ciowego od zmian

cz

ę

stotliwo

ś

ci sygnału zmodulowanego. Innym szeroko rozpowszechnionym sposobem modulacji zwłaszcza w

transmisji danych, jest modulacja fazy. Ze wzgl

ę

du na nierozerwalny zwi

ą

zek ł

ą

cz

ą

cy faz

ę

sygnału z jego

cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

cz

ę

sto modulacj

ę

FM i PM okre

ś

la si

ę

jednym terminem, jako tzw. modulacj

ę

k

ą

ta.

10

50.

Propagacja fali elektromagnetycznej- pr

ę

dko

ść

fazowa i grupowa

30kombinacje liniowe cz

ę

stotliwo

ś

ci

11

Aparatura umieszczona na satelitach GPS i odbiorniki – cho

ć

produkowane przez firmy maj

ą

ce du

ż

e

do

ś

wiadczenie i dysponuj

ą

ce najnowocze

ś

niejszymi rozwi

ą

zaniami technologicznymi – nie s

ą

wolne od bł

ę

dów.

Wiele z nich eliminuje si

ę

poprzez ró

ż

nicowanie obserwacji. Programy, za pomoc

ą

których opracowujemy wyniki,

tworz

ą

pewne liniowe kombinacje obserwacji wykonanych w tym samym czasie na ró

ż

nych stanowiskach, przez co

pozbywamy si

ę

bł

ę

dów zegara satelity (tzw. pierwsze ró

ż

nice) i odbiornika (tzw. drugie ró

ż

nice). Zastosowanie

takich procedur powoduje,

ż

e szcz

ą

tkowe bł

ę

dy aparaturowe, takie jak niestabilno

ść

cz

ę

stotliwo

ś

ci generatorów na

satelicie i w odbiorniku, bł

ę

dy transmisji i zliczania czasu, bł

ę

dy dokonywania korelacji sygnału satelitarnego i

generowanego przez odbiornik (replica code) przy pomiarach kodowych i pomiaru fazy w pomiarach fazowych
mo

ż

emy uzna

ć

za znikomo małe i nie uwzgl

ę

dnia

ć

ich w analizach praktycznych wyznacze

ń

.

51.

refrakcja jonosferyczna

Wpływ jonosfery, któr

ą

charakteryzuje zmienne nasycenie elektronów, usuwamy prawie zupełnie przez pomiar

odległo

ś

ci na dwóch odpowiednio dobranych cz

ę

stotliwo

ś

ciach i tworzenie liniowych kombinacji wyników (w

stosunku 9:7). Te operacje wykonuj

ą

automatycznie wszystkie programy, za pomoc

ą

których opracowujemy wyniki.

Dyspersja czyli rozpraszanie fal elektromagnetycznych jest efektem ich przechodzenia przez jonosfer

ę

. Aktualny

stan jonosfery determinuje g

ę

sto

ść

elektronów ( współczynnik TEC – total elektron kontent). Istniej

ą

ró

ż

ne modele

– sposoby opisu jonosfery,

ż

aden nie redukuje zjawiska refrakcji w sposób zupełny. Kryterium opisuj

ą

cym stan

jonosfery jest g

ę

sto

ść

elektronów w 1 m3 tego

ś

rodowiska. Główne czynniki: pora doby, aktywno

ść

Sło

ń

ca, szer.

Geograf. Warto

ść

TEC oznacza stopie

ń

jonizacji okre

ś

lanych liczb

ą

zjonizowanych cz

ą

stek w jednostce obj

ę

to

ś

ci.

12

52.

Refrakcja troposferyczna

Wpływ troposfery, rozci

ą

gaj

ą

cej si

ę

do wysoko

ś

ci 50-70 km nad powierzchni

ą

Ziemi, usuwamy przez

wprowadzenie poprawki, któr

ą

oblicza automatycznie odbiornik satelitarny na podstawie zawartego w

oprogramowaniu modelu atmosfery. Najprostszy model (stacjonarny, tj. nieuwzgl

ę

dniaj

ą

cy zmian atmosfery

w czasie) to zespół trzech wzorów wyra

ż

aj

ą

cych zmian

ę

podstawowych parametrów atmosfery (tj.

temperatury, ci

ś

nienia i g

ę

sto

ś

ci) w funkcji wysoko

ś

ci. Poniewa

ż

nie odpowiada on na ogół warunkom

atmosfery w miejscu obserwacji GPS, zatem i poprawka obliczona przez instrument b

ę

dzie bł

ę

dna. Je

ś

li jednak

wyznaczamy ró

ż

nice współrz

ę

dnych punktów sieci (a nie same współrz

ę

dne), to model troposfery w s

ą

siednich

punktach sieci w zbli

ż

ony sposób nie b

ę

dzie przystawał do warunków atmosferycznych i obliczone poprawki b

ę

d

ą

obci

ąż

one podobnymi bł

ę

dami, a wi

ę

c z ró

ż

nicy współrz

ę

dnych si

ę

wyeliminuj

ą

. Wa

ż

na jest wi

ę

c nie tyle

poprawno

ść

modelu atmosfery, ile warunek,

ż

eby dawał on takie same bł

ę

dy na wszystkich mierzonych punktach.

Jest to mo

ż

liwe wtedy, gdy punkty nie s

ą

zbytnio oddalone od siebie i panuj

ą

na nich podobne warunki

atmosferyczne. Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, co to znaczy „zbytnio oddalone”, gdy

ż

zale

ż

y to od

wielu zmieniaj

ą

cych si

ę

czynników.

Z praktyki o

ś

rodków satelitarnych na całym

ś

wiecie wynika,

ż

e do uzyskania centymetrowej dokładno

ś

ci ró

ż

nicy

wyznaczanych współrz

ę

dnych odległo

ść

mi

ę

dzy punktami nie powinna przekracza

ć

15-30 km. Mo

ż

na doda

ć

,

ż

e

bardziej zaawansowane programy obliczaj

ą

poprawk

ę

troposferyczn

ą

w dwóch cz

ęś

ciach: drycorrection –

dla wy

ż

szej warstwy tzw. troposfery suchej i wet correction – dla ni

ż

szej warstwy tzw. troposfery wilgotnej,

w której wyst

ę

puje ju

ż

para wodna.

13

53.

Wielotorowo

ść

sygnałów:

Sygnał GPS docieraj

ą

cy na Ziemi

ę

mo

ż

e zosta

ć

odbity od ró

ż

nych przeszkód. Antena odbiera sygnał bezpo

ś

redni,

a nast

ę

pnie odbity ( z opó

ź

nieniem). W celu zapobiegania tego typu zjawiskom stosuje si

ę

ró

ż

nego rodzaju anteny.

Sygnał satelitarny na drodze satelita – antena odbiorcza mo

ż

e zosta

ć

odbity. w takim przypadku do odbiornika

trafia sygnał bezpo

ś

redni oraz odbity, co w przypadku gdy odbiornik nie jest w stanie odró

ż

ni

ć

tych sygnałów

i odfiltrowa

ć

odbitego, wpływa na bł

ę

dny pomiar odległo

ś

ci do satelity. Zjawisku wielotorowo

ś

ci w pobli

ż

u

odbiornika sprzyjaj

ą

zwłaszcza: jednolite gładkie powierzchnie, tafle szklane, tafla wody, przesłoni

ę

cie nieba przez

drzewa, itp. Rysunek po prawej przedstawia wpływ wielotorowo

ś

ci na wyznaczan

ą

odległo

ść

do satelity dla

przykładowej stacji referencyjnej.

14

54. Ró

ż

nice obserwacji (pojedyncze, podwójne, potrójne)

15

Podwójna ró

ż

nica obserwacji

Je

ż

eli z dwóch stacji Ki M obserwowane s

ą

dwa satelity P i Q to mo

ż

na utworzy

ć

równanie podwójnej ró

ż

nicy faz.

Potrójna ró

ż

nica obserwacji

Jest ró

ż

nic

ą

podwójnej ró

ż

nicy faz dwóch ró

ż

nych epok

16

Odbiornik L1 – przyrz

ą

d do wykonywania pomiarów satelitarnych GNSS, odbieraj

ą

cy sygnały emito-wane przez

satelity tylko na jednej cz

ę

stotliwo

ś

ci (L1).

Odbiornik L1/L2 – przyrz

ą

d do wykonywania pomiarów satelitarnych GNSS, odbieraj

ą

cy sygnały emi-towane

przez satelity co najmniej na dwóch cz

ę

stotliwo

ś

ciach (L1 i L2).

- nie zaleca si

ę

do zakładania osnowy pomiarowej wykorzystania współrz

ę

dnych wyliczonych w serwisie POZGEO

ze zbiorów obserwacyjnych z odbiorników L1 oraz ze zbiorów obserwacyjnych z odbiorników L1/L2 krótszych ni

ż

40 minut,
- do wykonywania pomiarów RTK zaleca si

ę

stosowanie odbiorników L1/L2 z mo

ż

liwo

ś

ci

ą

pomiaru RTK przy

wykorzystaniu poprawek sieciowych. Do wykonywania pomiarów RTK dopuszcza si

ę

wykorzystanie fazowych

odbiorników L1 z mo

ż

liwo

ś

ci

ą

pomiaru RTK,

- punkty osnowy pomiarowej sytuacyjnej i wysoko

ś

ciowej, szczegóły sytuacyjne b

ę

d

ą

ce przedmiotem ewidencji

gruntów i budynków oraz punkty dostosowania wykorzystywane w transformacji nale

ż

y mierzy

ć

co najmniej

odbiornikami L1/L2,
-do pomiarów DGNSS stosuje si

ę

kodowe odbiorniki L1 z mo

ż

liwo

ś

ci

ą

pomiaru DGNSS i pomiarem kodu

wspomaganym pomiarami fazy fali no

ś

nej,

- do pomiarów szczegółów nale

żą

cych do II grupy dokładno

ś

ci pomiaru syt. mo

ż

e by

ć

wykorzystany co najmniej

odbiornik L1/L2 .

2. Odbiorniki wyposa

ż

ono w wiele funkcji. Mi

ę

dzy innymi:

•

okre

ś

lenie współrz

ę

dnych według ró

ż

nych układów współrz

ę

dnych (standardowo WGS 84)

•

rejestrowanie

ś

ladu

•

nawigacja "do punktu" oraz "po trasie"

•

track back (czyli powrót do miejsca wyj

ś

cia "t

ą

sam

ą

tras

ą

")

•

pomiar odległo

ś

ci

•

wyznaczenie powierzchni (np. działki)

•

obliczanie wschodów i zachodów sło

ń

ca oraz pór ksi

ęż

yca

a w bardziej rozbudowanych odbiornikach:

•

wy

ś

wietlanie map i nawigacja na mapach warstwowych

•

komunikacja przez port szeregowy (RS232/USB) i Bluetooth z innym sprz

ę

tem elektronicznym (PC, PPC,

Palm, elektroniczna mapa morska ECDIS)

•

autorouting (wyznaczanie automatycznej trasy "po drogach")

•

Sygnał dociera do u

ż

ytkownika na dwóch cz

ę

stotliwo

ś

ciach no

ś

nych L

1

= 1575,42 MHz (długo

ść

fali

19,029 cm) i L

2

= 1227,6 MHz (długo

ść

fali 24,421 cm). Porównanie ró

ż

nicy faz obu sygnałów pozwala na

dokładne wyznaczenie czasu propagacji, który ulega nieznacznym wahaniom w wyniku zmiennego wpływu
jonosfery, jednak nie w stopniu uniemo

ż

liwiaj

ą

cym okre

ś

lenie współrz

ę

dnych. U

ż

ytkownicy cywilni

przybli

ż

on

ą

poprawk

ę

jonosferyczn

ą

otrzymuj

ą

w depeszy nawigacyjnej lub dzi

ę

ki systemowi DGPS.

•

Identyfikacja satelitów oparta jest na metodzie podziału kodu CDMA (Code Division Multiple Access)
oznacza to,

ż

e wszystkie satelity emituj

ą

na tych samych cz

ę

stotliwo

ś

ciach, ale sygnały s

ą

modulowane

ró

ż

nymi kodami.

•

Odbiór sygnału bez zastosowania anten parabolicznych, które w tym przypadku s

ą

bezu

ż

yteczne ze

wzgl

ę

du na ich kierunkowo

ść

, wymaga zaawansowanych technik oddzielania sygnału od szumu i

przetwarzania sygnału. Satelity s

ą

w ci

ą

głym ruchu; wyznaczenie pozycji odbiornika na podstawie pomiaru

tzw. pseudoodległo

ś

ci od kilku satelitów jest równie

ż

zło

ż

onym zadaniem, wymagaj

ą

cym m.in.

uwzgl

ę

dnienia spowolnienia upływu czasu w polu grawitacyjnym Ziemi.

•

Satelita GPS.

17

•

Dla poprawnej pracy systemu kluczowy jest czas. Ka

ż

dy satelita jest wyposa

ż

ony w zegar atomowy, dzi

ę

ki

czemu jego sygnał jest dokładnie zsynchronizowany z całym systemem. Jednocze

ś

nie satelity tworz

ą

razem z kilkoma nadajnikami naziemnymi swoist

ą

sie

ć

korekcji czasu. W efekcie odbiornik GPS podaje nie

tylko pozycje, ale równie

ż

bardzo precyzyjny czas.

Informacja kodowa dla GPS
• Navigation Message

– cz

ę

stotliwo

ść

= 50 Hz nało

ż

ony na obydwa kody P(Y) i C/A.

– dzieli si

ę

na 25 ramek o długo

ś

ci 1 500 bitów. Ka

ż

da ramka dzieli si

ę

na 5 podramek,

– czas transmisji 30 sekund - pełna po 12.5 min,
– zawiera wszystkie informacje o satelitach:

• almanac - przybli

ż

one poło

ż

enie satelity,

• współczynniki modelu opó

ź

nienia jonosferycznego,

• poprawki zegarów satelitarnych,
• efemerydy broadcast (pokładowe) satelitów,

• Kod C/A (Coarse Acquisition)

– jawny - o znanej strukturze,
– transmitowany tylko na cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej L1,

– cz

ę

stotliwo

ść

= 1.023MHz (długo

ść

fali = 293.1m),

– długo

ść

kodu wynosi 1023 bitów odmiennych dla ka

ż

dego satelity (PRN - Pseudo Random

Noise),
– czas transmisji całego kodu - 1 milisekunda

• Kod P/Y (precision/encrypted)

– struktura niejawna,
– transmitowany na cz

ę

stotliwo

ś

ciach L1 i L2

– cz

ę

stotliwo

ść

= 10.23MHz (długo

ść

fali =29.31m),

– czas transmisji całego kodu - 266 dni (7 dni dla ka

ż

dego satelity)

• Kod L2C (L2 Civilian)

– jawny - o znanej strukturze,
– transmitowany tylko na cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej L2,

– cz

ę

stotliwo

ść

= 1.023MHz (długo

ść

fali = 293.1m),

– kod dzielony jest na dwie sekwencje CM ( Civilian Moderate) o długo

ś

ci 10 230 bitów i

powtarzany co 20 ms oraz CL (Civilian Long) o długo

ś

ci 767 250 bitów powtarzany co 1500.

• Kod L1C (L1 Civilian). Planowany w satelitach bloku III (po 2013 roku). Struktura ma by

ć

podobna jak dla kodu L2C

Informacja kodowa dla Glonass
• Navigation Message

– cz

ę

stotliwo

ść

= 50 Hz nało

ż

ony na obydwa kody SP i HP.

– dzieli si

ę

na 5 ramek. Ka

ż

da ramka dzieli si

ę

na 15 linii,

– czas transmisji 30 sekund - pełna po 2.5 min,
– zawiera wszystkie informacje o satelitach:

• almanac - przybli

ż

one poło

ż

enie satelity,

• parametry przesuni

ę

cia fazy,

• poprawki zegarów satelitarnych,
• efemerydy broadcast (pokładowe) satelitów,

• Kod SP (Standard Precision)

– jawny - o znanej strukturze,
– transmitowany tylko na cz

ę

stotliwo

ś

ci no

ś

nej L1,

– cz

ę

stotliwo

ść

= 0.511MHz,

– długo

ść

kodu wynosi 511 bitów odmiennych dla ka

ż

dego satelity,

– czas transmisji całego kodu - 1 milisekunda

• Kod HP (High precision)

– struktura niejawna,
– transmitowany na cz

ę

stotliwo

ś

ciach L1 i L2

– cz

ę

stotliwo

ść

= 5.11MHz,

18

Schemat odbiornika do nawigacji.

Tyle mam o antenach:

kanały

tory

turystyczny

wojskowy

GISowskie

Geodezyjne

1 sat

L1

kod C/A, P

x

xx

x

xx

fala no

ś

na

x

x

L2

kod P

x

x

fala no

ś

na

x

x

x

ARP-Antena Reference Point
Kanały odbiorcze: 1kanał=1 staelita=1 cz

ę

stotliwo

ść

Interwały rejestracji 1s,2s,4s,5s,6s,12s,15s,20s,30s,60s
Cz

ę

stotliwo

ś

ci: 0,01=100Hz;0,02=50Hz;0,05=20Hz;0,1=10Hz;0,2=5Hz;0,5=2Hz

Korelatory fali no

ś

nej pracuj

ą

nieprzerwanie

Przedwzmacniacz: filtruje u

ż

yteczne cz

ę

stotliwo

ś

ci, wzmacnia sygnał

4. Kalibracja anten odbiorczych sygnałów GNSS - typy kalibracji, wyznaczane parametry.

Zmienno

ść

poło

ż

enia centrów fazowych (PCV – Phase Center Variations) anten odbiorników GPS jest

ź

ródłem

bł

ę

dów w precyzyjnych pomiarach satelitarnych, szczególnie w satelitarnej niwelacji precyzyjnej, badaniach

deformacji, opracowaniu sieci geodezyjnych, etc.
Po co kalibracja?
Tworzona jest „mapa” charakterystyki anten, modelowane/lokalizowane s

ą

centra fazowe anten (PCO - phase

center offset ). W precyzyjnym pozycjonowaniu GPS stosuje si

ę

odpowiednio modele zmienno

ś

ci centrów

fazowych na podstawie kalibracji:

• absolutnej (kalibracja robotem),

• wzgl

ę

dnej,

• kalibracje IGS (International GNSSS ervice), NGS (National Geodetic Survey),

• zale

ż

ne tylko od kata elewacji satelity lub od elewacji i azymutu.

19

5.Warunki jakie powinien spełnia

ć

w pełni operacyjny system GNSS

GNSS (Global Navigation Satellite System) nie ogranicza si

ę

jedynie do wyznaczania pozycji na podstawie

jakiego

ś

systemu satelitarnego, lecz musi równie

ż

spełnia

ć

wszystkie ni

ż

ej omówione warunki, tj.

−

Dokładno

ść

(accuracy). Pewnym rozwi

ą

zaniem jest tu zorganizowanie specjalnego systemu LAAS (Local

Area Augmentation System).
Zdolno

ść

natychmiastowego ostrzegania u

ż

ytkownika o niewła

ś

ciwym funkcjonowaniu (integrity)

spełnienie warunku integrity jest bardzo trudne i stosuje si

ę

do tego dwie metody:

tzw. wewn

ę

trzne lub zewn

ę

trzne.

Metoda wewn

ę

trzna bywa nazywana RAIM (receiver autonomous integrity monitoring)- Polega ona na

wykorzystaniu pomiarów wykonanych przy u

ż

yciu nadliczbowych satelitów i, niestety, nie daje pewnych

wyników.
Administratorzy systemów satelitarnych rozwijaj

ą

raczej metody zewn

ę

trzne (external methods of integrity

monitoring) polegaj

ą

ce na kontroli w czasie rzeczywistym sygnału systemu poprzez specjaln

ą

sie

ć

stacji

naziemnych. Dodatkowym kanałem (GPS integrity channel GIC) wysyłany jest do u

ż

ytkownika GPS

niezale

ż

ny sygnał zawieraj

ą

cy informacje integrity. Do jego transmisji najcz

ęś

ciej wykorzystuje si

ę

satelity

geostacjonarne, np. Inmarsat. Innym – przyszło

ś

ciowym – rozwi

ą

zaniem w metodach zewn

ę

trznych b

ę

dzie

ł

ą

czne wykorzystanie sygnałów systemu GPS i sygnałów pochodz

ą

cych z niezale

ż

nych

ź

ródeł, np.

pomiarów inercyjnych, Loran C, GLONASS czy Galileo.

−

Nieprzerwane funkcjonowanie (continuity of service).
Warunek ten okre

ś

la zdolno

ść

systemu satelitarnego do zapewnienia

żą

danego serwisu przez okre

ś

lony

czas bez jakichkolwiek przerw.

−

Dost

ę

pno

ść

(availability).

Jest to współczynnik wyra

ż

aj

ą

cy w procentach czas, w ci

ą

gu którego system mo

ż

e by

ć

wykorzystywany.

6. Porównwnaie GPS i GLONASS

• Identyczna liczba satelitów - 24 (Rosjanie obecnie nie osi

ą

gaj

ą

tego poziomu)

• Plany orbitalne – 6x4 satelity w GPS i 3x8 w GLONASS
• Inklinacja toru– wi

ę

ksza w przypadku satelitów rosyjskich

• Wysoko

ść

orbit – ameryka

ń

skie satelity znajduj si

ę

nad rosyjskimi

• Czas okr

ąż

enia Ziemi – wi

ę

kszy w przypadku ameryka

ń

skich z powodu wi

ę

kszej wysoko

ś

ci orbit

• Inny układ odniesienia – w GPS WGS-84, w GLONASS PZ 90
• Metoda kodowania – w GPS CDMA, w GLONASS FDMA
• Oba systemy

ś

wiadcz serwis dokładny (pasmo P) oraz cywilny (C/A)

7. Rola nakładki EGNOS w nawigacji - European Geostationary Navigation Overlay Service)

-

koncepcja cywilnego systemu nawigacji satelitarnej

-

3 satelity geostacyjne (15.5

ͦ

W , 21.5

ͦ

E i 25

ͦ

E ).

-

naziemne stacje pomiarowe i kontrolne- 34 stacje przekazuj

ą

dane do 4 centrów obliczeniowych które

ś

redniaj

ą

, koreluj

ą

, poprawiaj

ą

i przekazuj

ą

do 3 satelit geostacyjnych

-

poprawa dokładno

ś

ci danych z sieci Navstar

-

weryfikacja działania Navstar - aplikacje „Safety of Life”,

-

SISNET

dane o wiarygodno

ś

ci systemów GPS/ GLONASS przez Internet

-

dzi

ę

ki niej nawigacja wyró

ż

nia si

ę

lepsz

ą

dokładno

ś

ci

ą

wskaza

ń

,wiarygodno

ś

ci

ą

,ci

ą

gło

ś

ci

ą

działania i stał

ą

dost

ę

pno

ś

ci

ą

usług nawigacyjnych

Europejski system EGNOSS - wspomaga działanie istniej

ą

cych systemów nawigacji satelitarnej ( głównie sieci

Navstar). Do odbiorników GPS współpracuj

ą

cych z EGNOS wysyłane s

ą

sygnały korekcyjne pochodz

ą

ce z

satelitów geostacjonarnych znajduj

ą

cych si

ę

nad Europ

ą

. Sygnały te zawieraj

ą

korekty pozycji podawanych przez

sie

ć

Navstar, co kilkukrotnie zwi

ę

ksza ich dokładno

ść

.

Przede wszystkich EGNOS weryfikuje dane pochodz

ą

ce z sieci Navstar, sprawdzaj

ą

c czy nie doszło do awarii tych

satelitów lub bł

ę

dów podczas transmisji. Dzi

ę

ki temu dane z sieci Navstar/EGNOS mog

ą

by

ć

zastosowane tam,

gdzie ze wzgl

ę

dów bezpiecze

ń

stwa, musz

ą

by

ć

w pełni wiarygodne. Sa to tzw. aplikacje typu„Safety of Life”, np.

Precyzyjna nawigacja samolotów, sterowanie ruchem poci

ą

gów czy niektóre akcje ratunkowe.

EGNOS opiera si

ę

na trzech satelitach geostacjonarnych (15.5

ͦ

W , 21.5

ͦ

E i 25

ͦ

E ). Na Ziemi znajduj

ą

si

ę

stacje

pomiarowe i kontrolne, które prowadz

ą

ci

ą

głe testy sieci Navstar i satelitów EGNOS. Obliczaj

ą

poprawki danych

GPS, wykrywaj

ą

nieprawidłowo

ś

ci w transmisji i sprawdzaj

ą

, czy nie doszło do awarii którego

ś

z satelitów EGNOS,

które z kolei wysyłaj

ą

je do odbiorników GPS. Jedne ze stacji kontrolnych sieci EGNOS znajduje si

ę

w Warszawie,

w Centrum Bada

ń

Kosmicznych.

20

8. Polskie stacje DGNSS dla potrzeb

ż

eglugi na Bałtyku.

Polska współpracuje z komitetem e-Navigation IALA w badaniach potencjalnych mo

ż

liwo

ś

ci transmisji DGNSS przy

wykorzystaniu globalnego satelitarnego systemu nawigacji przez 2 polskie stacje bazowe DGPS na Morzu
Bałtyckim – DZIWNÓW I ROZEWIE

Pomiar DGNSS – technika ró

ż

nicowych pomiarów GNSS oparta na pomiarach kodowych pseudoodległo

ś

ci do

satelitów GNSS, w której wyznaczane współrz

ę

dne s

ą

korygowane za pomoc

ą

poprawek DGNSS.

Poprawki DGNSS – zbiór danych dotycz

ą

cych pomiaru kodowego GNSS obliczony na podstawie pomiarów

prowadzonych przez stacje referencyjne, wykorzystywany przez odbiornik ruchomy w celu zwi

ę

kszenia precyzji

wyznaczanej pozycji.

Polskie stacje ASG EUPOS, które mog

ą

bra

ć

udział w nawigacji

ż

eglugowej na Bałtyku:

KAM1 – Kamie

ń

Pomorski,

KOSZ - Koszalin,

ŁAD – Władysławowo,

GDAN - Gda

ń

sk,

ELBL - Elbl

ą

g.

9. Warunki realizacji pomiarów RTK, uzyskiwane dokładno

ś

ci.

Warunkiem realizacji pomiarów RTK jest
bezpo

ś

rednia ł

ą

czno

ść

mi

ę

dzystacj

ą

bazow

ą

a odbiornikiem ruchomym.

Informacje ze stacji bazowej w postaci obserwacji lub poprawek do obserwacji s

ą

przesyłane do odbiornika

ruchomego, gdzie nast

ę

puje proces opracowania i wyznaczenia pozycji. Opracowanie obserwacji ze stacji

bazowej oraz odbiornika ruchomego nast

ę

puje bezpo

ś

rednio w terenie w przeno

ś

nym komputerze (palmptopie).

Metoda wymaga widoczno

ś

ci minimum 5 satelitów powy

ż

ej 15 st. .

Zalet

ą

jest natychmiastowe wyznaczenie pozycji,

natomiast do wad nale

ż

y zaliczy

ć

konieczno

ść

zapewnienia ci

ą

głej ł

ą

czno

ś

ci mi

ę

dzy stacj

ą

bazow

ą

i odbiornikiem

ruchomym oraz
ograniczeniem zasi

ę

gu metody wynikaj

ą

cym z mo

ż

liwo

ś

ci uproszczonych algorytmów

Dokładno

ść

±1-2cm+2ppm*S dla składowych horyzontalnych i

Około ±3cm+2ppm*S dla składowej wysoko

ś

ciowej.

10. Zasady planowania pomiarów GNSS przy pomiarach osnów.

Do zasad wykonywania statycznych pomiarów satelitarnych z wykorzystaniem systemu ASG-EUPOS zalicza si

ę

m.in.:

•

wybór lokalizacji – pomiary statyczne nale

ż

y wykonywa

ć

w miejscach, w których bezpo

ś

rednim s

ą

siedztwie

nie wyst

ę

puj

ą

:

- przeszkody terenowe wokół punktu powy

ż

ej 15º nad horyzontem

- elementy infrastruktury technicznej emituj

ą

ce fale elektromagnetyczne

- powierzchnie mog

ą

ce powodowa

ć

odbicia sygnałów satelitarnych

•

warunki techniczne pomiaru:

- minimalna liczba obserwowanych jednocze

ś

nie satelitów nie powinna by

ć

mniejsza od 4

- maksymalna warto

ść

parametru PDOP nie powinna przekracza

ć

warto

ś

ci 6

- zalecany interwał rejestracji danych satelitarnych GNSS na punkcie wynosi 5 sekund
- zalecana minimalna wysoko

ść

anteny nad powierzchni

ą

gruntu wynosi 1,0 m

Opracowanie wyników w postprocessingu mo

ż

e by

ć

wykonane:

1. automatycznie w systemie ASG-EUPOS
2. przez u

ż

ytkownika przy wykorzystaniu danych obserwacyjnych ze stacji ASG-EUPOS

Przy projektowaniu sieci geodezyjnej oprócz podstawowych warunków wynikaj

ą

cych z zasad pomiarów

satelitarnych, nale

ż

y zwróci

ć

uwag

ę

na nast

ę

puj

ą

ce elementy:

- dogodny dojazd do punktów sieci w celu zminimalizowania czasu dotarcia do punktu z odbiornikiem
- istnienie zabudowy na punktach utrudniaj

ą

cych lub uniemo

ż

liwiaj

ą

cych pomiar technikami satelitarnymi GPS

- zapewnieniu ci

ą

głej widoczno

ś

ci satelitów w trakcie pomiaru poszczególnych wektorów GPS tworz

ą

cych sie

ć

geodezyjn

ą

,

- zapewnieniu dostatecznej liczby punktów nawi

ą

zania sieci GPS (co najmniej 4 o znanych współrz

ę

dnych)

rozmieszczonych mo

ż

liwie w taki sposób, by punkty wyznaczane w sieci znajdowały si

ę

wewn

ą

trz wieloboku

ł

ą

cz

ą

cego punkty nawi

ą

zania

- zapewnienie nawi

ą

zania do sieci wysoko

ś

ciowej

- sie

ć

GPS powinna by

ć

tak zaprojektowana aby stosunek liczby obserwacji do liczby niewiadomych był wi

ę

kszy od

½