OBIORNIK MX 4400 GPS OBIORNIK MX 4400 GPS
1) Segmenty. System GPS składa się z 3 segmentów.: kosmicznego, naziemnego i systemu użytkowego (odbiornik)
--Segment kosmiczny: składa się z 24 krążących satelitów. Umieszczone są one na 6 orbitach kołowych tak, że płaszczyzna każdej orbity tworzy z płaszczyzną równika kąt 550. Orbity oddalone są od siebie o 600 dł.geog.
Na każdej z nich są 4 satelity na orbitach własnych lub sąsiednich. Wysokość orbit ok.20200km. obieg ziemi wynosi12h. Widzialność: 4-8 satelitów powyżej 50 nad horyzontem. Satelity wysyłają informacje w postaci zakodowanych sygnałów na dwóch częstotliwościach
f1 =1575,42MHz, f2= 1227,6MHZ
--Segment naziemny: składa się z sieci stacji śledzących, głównej stacji kontrolnej oraz stacji przekazujących dane do satelitów.
2) POZYCJA- GPS to system stadiometryczny. Określenie współrzędnych statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity. Pomiar czasu realizowany jest przy wykorzystaniu jednego z kodów. Na statkach jest to kod C/A. Oprócz pomiaru czasu do określenia linii pozycyjnej niezbędna jest informacja o położeniu satelity i skali czasu. Informacja ta zawarta jest w danych transmitowanych przez satelitę.
3.1 Dokładny serwis pozycyjny - PPS
PPS dostarcza informacji o pozycji z dokładnością nie gorszą niż 16 metrów (50%,3D) i informacji o czasie z dokładnością nie gorszą niż 100 nanosekund (1 sigma) w stosunku do czasu UTC(USNO) (Universal Coordinated Time US Naval Observatory. PPS dostępny jest jedynie dla autoryzowanych użytkowników i przeznaczony głównie dla celów wojskowych. Do autoryzowanych użytkowników należą: Siły Zbrojne USA i NATO. O autoryzacji użytkownika decyduje Departament Obrony USA.
Dostęp do PPS kontrolowany jest dwiema metodami:
? Ograniczony Dostęp (SA - Selective Availability) pozwala na zmniejszenie dokładności pozycji i czasu dostępnych dla nieautoryzowanych użytkowników. SA działa poprzez wprowadzanie kontrolowanych błędów do sygnałów satelity i depeszy satelitarnej. Departament Obrony zadeklarował, iż w czasie pokoju SA zmniejszy dokładność pozycji dla użytkowników SPS do 100 metrów (95%, 2D).
? Anti-spoofing (A-S) jest włączany bez ostrzeżenia by uniemożliwić imitowanie sygnałów PPS przez nieprzyjaciela. Technika ta zmienia kod P, szyfrując go, w kod oznaczony jako kod Y. Nie ma to wpływu na odbiór kodu C/A. Klucz do szyfru dostępny jest wyłącznie autoryzowanym użytkownikom umożliwiając im usunięcie wpływu SA i A-S. W ten sposób uzyskują oni maksymalną dostępną dokładność.
Odbiorniki PPS mogą używać kodu P(Y), kodu C/A lub obydwu. Największa dokładność uzyskiwana jest przy użyciu kodu P(Y) sygnałów o częstotliwościach L1 i L2. Różnica w czasie propagacji sygnałów o różnych częstotliwościach używana jest do wyznaczenia poprawki jonosferycznej. Zazwyczaj odbiorniki PPS używają kodu C/A w celu inicjacji śledzenia sygnałów satelitów i wyznaczenia przybliżonej fazy kodu P(Y).
3.2 Standardowy serwis pozycyjny - SPS
Standardowy serwis pozycyjny dostarcza informacji o pozycji z dokładnością nie gorszą niż 100 metrów (95%,2D) w rozwiązaniach dwuwymiarowych i 156 metrów (95%,3D) w rozwiązaniach trójwymiarowych. Dokładność informacji o czasie określona jest na nie gorszą niz. 337 nanosekund (95%) w stosunku do skali UTC(USNO). SPS przeznaczony jest głównie dla użytkowników cywilnych. Wymieniona dokładność zawiera wpływ SA, który jest głównym źródłem błędów SPS. Rozkład błędów wyznaczenia pozycji przypomina rozkład normalny z długookresową średnią równą zeru.
A-S uniemożliwia użytkownikom SPS dostęp do kodu Y. Tak więc użytkownicy SPS nie mogą opierać się na bezpośrednim pomiarze kodu P, by zmierzyć dokładnie różnice w propagacji częstotliwości L1 i L2, a zatem określić wielkość poprawki jonosferycznej - kod C/A nadawany jest tylko na częstotliwości L1. Typowy odbiornik SPS do wyznaczenia poprawek jonosferycznych używa modelu jonosfery transmitowanego w depeszy satelitarnej, jest to procedura znacznie mniej dokładna niż pomiar na dwóch częstotliwościach. Dokładność pozycji przy użyciu SPS podana na początku tego punktu uwzględnia też błąd modelowania jonosfery. Odbiorniki geodezyjne używają rozmaitych wyrafinowanych metod do określenia różnicy czasów propagacji, bez jawnej znajomości transformacji kodu P do Y.
Źródła błędów: Jonosferyczna- przewidywalne ok. 5m- zjonizowane powietrze, Atmosferyczne- nieprzewidywalne do 1m, zmiana ciśnienia, temperatury, wilgoci. Błąd pozycji satelity- efemerydy ok. 2.5m.
Ograniczenie dokładności systemu GPS: wynika ono z dwóch czynników: 1-wprowadzenie selektywnej dostępności, 2- wpływ jonosfery i troposfery na propagację sygnałów. Idea degradacji dokładności poprzez selektywną dostępność zakłada fałszowanie danych oraz zegarów satelitarnych. Przez co wprowadzony ze stacji błąd pozycji satelity i błąd pomiaru czasu. Pozbycie się tych błędów w wyniku wykorzystania metody różnicowej pozwala na zwiększenie dokładności ze 100m na 5m.
PDOP- błąd średni wyznaczania pozycji przestrzennej. Gp=PDOPG6, PDOP=(Cxy+Cyy+Czz)1/2
Współczynnik PDOP ma szczególne znaczenie podczas śledzenia jakości procesu odbieranego PDOP można kontrolować na wyświetlaczu odbiornika GPS. Interpretacja geometryczna:
PDOP: jest to liczba proporcjonalna do odwrotności objętości wielościanu rozpiętego na punktach stanowiących pozycję obserwowanych satelitów GPS i na punkcie wyznaczania stacji.
PDOP=1/ V(S1,2,3,4...k) mniejsza wartość PDOP stwierdza o lepszej konfiguracji satelitów względem stacji.
HDOP- błąd średni pozycji horyzontalnej
GHa=HDOPGo HDOP= (q2n +q2e)1/2
VDOP- średni błąd elipsoidalny Gver =VDOPGO VDOP=qn
Zasada pomiary Lp i PO w sys. GPS: Metoda określania Lp w sys. GPS opiera się na metodzie odległościowej. Określenie współ., statku polega na pomiarze odległości odbiornika od satelity, którego pozycja jest znana. Odbiornik GPS odbiera sygnał z satelity i przeprowadza pomiar czasu przebiegu fali radiowej na drodze satelita- odbiornik. Pomiar czasu realizowany jest za pomocą kodu C/A.