1

GIS ndash SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ

SYSTEMY GPS

2

PLAN PREZENTACJI

1 Układy odniesienia2 Systemy GPS GLONASS GALILEO3 Nawigacja systemy SBAS4 Systemy ASG w Polsce

3

ROacuteŻNE ELIPSOIDY

4

UKŁAD ODNIESIENIA (DATUM)

5

WSPOacuteŁRZĘDNE W ROacuteŻNYCH UKŁADACH ODNIESIENIA

6

JEDNOSTKI KĄTOWE

1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości roacutewnej promieniowi

Stopniowa i gradowa

2π rad = 360 stopnie = 400 grad 1 rad = 360o 2π = 400g 2π 1 rad = 57295780o = 57o 17rsquo 44 rdquo8 1 rad = 63661977 g = 63 g 66 c 19 cc 77

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

2

PLAN PREZENTACJI

1 Układy odniesienia2 Systemy GPS GLONASS GALILEO3 Nawigacja systemy SBAS4 Systemy ASG w Polsce

3

ROacuteŻNE ELIPSOIDY

4

UKŁAD ODNIESIENIA (DATUM)

5

WSPOacuteŁRZĘDNE W ROacuteŻNYCH UKŁADACH ODNIESIENIA

6

JEDNOSTKI KĄTOWE

1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości roacutewnej promieniowi

Stopniowa i gradowa

2π rad = 360 stopnie = 400 grad 1 rad = 360o 2π = 400g 2π 1 rad = 57295780o = 57o 17rsquo 44 rdquo8 1 rad = 63661977 g = 63 g 66 c 19 cc 77

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

3

ROacuteŻNE ELIPSOIDY

4

UKŁAD ODNIESIENIA (DATUM)

5

WSPOacuteŁRZĘDNE W ROacuteŻNYCH UKŁADACH ODNIESIENIA

6

JEDNOSTKI KĄTOWE

1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości roacutewnej promieniowi

Stopniowa i gradowa

2π rad = 360 stopnie = 400 grad 1 rad = 360o 2π = 400g 2π 1 rad = 57295780o = 57o 17rsquo 44 rdquo8 1 rad = 63661977 g = 63 g 66 c 19 cc 77

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

4

UKŁAD ODNIESIENIA (DATUM)

5

WSPOacuteŁRZĘDNE W ROacuteŻNYCH UKŁADACH ODNIESIENIA

6

JEDNOSTKI KĄTOWE

1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości roacutewnej promieniowi

Stopniowa i gradowa

2π rad = 360 stopnie = 400 grad 1 rad = 360o 2π = 400g 2π 1 rad = 57295780o = 57o 17rsquo 44 rdquo8 1 rad = 63661977 g = 63 g 66 c 19 cc 77

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

5

WSPOacuteŁRZĘDNE W ROacuteŻNYCH UKŁADACH ODNIESIENIA

6

JEDNOSTKI KĄTOWE

1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości roacutewnej promieniowi

Stopniowa i gradowa

2π rad = 360 stopnie = 400 grad 1 rad = 360o 2π = 400g 2π 1 rad = 57295780o = 57o 17rsquo 44 rdquo8 1 rad = 63661977 g = 63 g 66 c 19 cc 77

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

6

JEDNOSTKI KĄTOWE

1 RADIAN = kąt środkowy oparty na łuku okręgu o długości roacutewnej promieniowi

Stopniowa i gradowa

2π rad = 360 stopnie = 400 grad 1 rad = 360o 2π = 400g 2π 1 rad = 57295780o = 57o 17rsquo 44 rdquo8 1 rad = 63661977 g = 63 g 66 c 19 cc 77

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

7

LOKALIZACJA PUNKTOacuteW W POZIOMIE

Układ GCS jest jednoznacznie określony przezbull kątową miarę położenia (długość i szerokość geograficzną)bull południk zerowybull układ odniesieniandash rodzaj elipsoidyndash położenie elipsoidy względem środka cieżkości geoidy lub innychpunktoacutew

Południk zerowy ndash od 1884 r przechodzacy przez Obserwatorium w Greenwich w Anglii

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

8

Układ wspoacutełrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej

bullUkłady wspoacutełrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia

bullTak więc system odniesienia stanowi zbioacuter zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi układoacutew wspoacutełrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie

SYSTEM ODNIESIENIA

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

9

SYSTEM ODNIESIENIA

Definicja ndashkartezjański troacutejwymiarowy1048708Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi

Definicja ndashelipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej punkt początkowy P jego szerokość ϕP długośćλP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

10

SYSTEM ODNIESIENIA

punkt początkowy P 1048708jego szerokość ϕP 1048708długość λP azymut linii αPB parametry elipsoidy a oraz b odstęp geoidy od elipsoidy NP

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

11

UKŁAD ODNIESIENIA

Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia1048708w przypadku geodezji klasycznej ndash jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametroacutewW przypadku geodezji wspoacutełczesnej (satelitarnej) przez wspoacutełrzędne określonych stacji naziemnych

Na świecie istnieje wiele układoacutew odniesienia1048708WGS841048708EUREF

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

12

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

13

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)

Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanoacutew Zjednoczonych Ameryki Poacutełnocnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66 Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski systemTRANSIT Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET)

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

14

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)

Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o wspoacutełrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiaroacutew dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS72 ktoacutery został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m

Wspoacutełrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje) wykorzystano w procesie wyznaczania wspoacutełrzędnych jak roacutewnie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych

W opracowaniu wynikoacutew pomiaroacutew przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730) ndash co odnosi się do 730-go tygodnia GPSNowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnejOd poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do obliczania orbit satelitoacutew GPS (efemeryd pokładowych)

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

15

Geodetic System 1980 (GRS-80)

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze

Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy a GM i J2 orazpredkość kątowa Ziemi Przyjęto że mała poacutełoś elipsoidy odniesienia systemu GRSrsquo80 będzie roacutewnoległa do osi CIO a płaszczyzna południka zerowego bedzie roacutewnoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH

Praktyczną realizację tak przyjętego układu wspoacutełrzędnych można oszacowaćna około 10 cm

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

16

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRSrsquo80 ndashGeodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 rokuStosowana rezolucja zaleca abybull roacutewnikowy promień Ziemi a = 6378137m

bull geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

bull dynamiczny wspoacutełczynnik kształtu Ziemi wyłączając stałą deformacje pływową

bull kątowa prędkość Ziemi f ndashspłaszczenie elipsoidykwadrat mimośrodua ndashduża poacutełoś Roacutewnanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w

układzie wspoacutełrzędnych prostokątnych ma postać

Kwadrat mimośrodu

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

17

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

18

Geodezyjny System Odniesienia GRSrsquo80

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

19

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

20

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

21

UKŁADY ODNIESIENIA

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

22

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 rokuW 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube RuchuObrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service)Do zadań należąbullDefinicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ICRF)bullDefinicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu wspoacutełrzędnych (ITRF)bullWyznaczenie parametroacutew orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametroacutew transformacji pomiędzy ICR i ITRFbullAnaliza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF ITRF EOP i ich modelowaniebullStandardy stałe i modele (konwencje)

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

23

SŁUŻBA IERS ndash ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADOacuteW ODNIESIENIA

Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemoacutew Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczegoacutelnych technik

o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)o Międzynarodowa Służba Pomiaroacutew Laserowych Odległości (ILRS)o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

24

International Earth Rotation Service

1 IGS - International GNNS Service - zbiera i analizuje dane kilkuset stacji permanentnych GPS

2 ILRS - International Laser Ranging Service - opracowuje dane zebrane za pomocą pomiaroacutew odległości do satelitoacutew techniką laserową

3 LLR - Lunar Laser Ranging - wykorzystuje dane laserowych pomiaroacutew odległości do Księżyca

4 VLBI - Very Long Base Interferometry - sieć radioteleskopoacutew obserwujących dalekie radioźroacutedła techniką interferometrii

5 DORIS - Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite - francuski system kontroli orbit

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

25

ITRFrsquo88 ndash ITRFrsquo2000 przeglad parametroacutew transformacji i ich skutki praktyczne

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

26

PARAMETRY TRANSFORMACJI

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

27

PARAMETRY TRANSFORMACJI

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

28

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

29

ETRF-89 JAKO PODZBIOacuteR UKŁADU ITRF

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

30

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

31

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

32

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE

Układ Borowa Goacutera 1925 (BG1925) określany w zagranicznych zroacutedłach jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Besselrsquo1841 do Geoidy w Borowej Goacuterze Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie Przyjęto następujące wspoacutełrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiaroacutew astronomicznych)

B = 52o28rsquo3285rdquo L = 21o02rsquo1212rdquo

W Polsce podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w PułkowieDo połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ wspoacutełrzędnych zwany kroacutetko bdquo1942rdquo

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

33

1899 ndashPowołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)1900 ndashRozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 ndashPowołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)1962 ndashPowołanie Międzynarodowej Służby Ruchoacutew Bieguna (IPMS)1966 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII1967 ndashZdefiniowanie początku umownego układu wspoacutełrzędnych ziemskich CIO1967 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS671968 ndashWprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH ndashukład odniesienia BIH1972 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS721973 ndashWprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych1979 ndashPrzyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

34

1979 ndashWprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 ndashPoczątek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of theTechniques)1983-1984 ndashWłaściwa kampania MERIT1984 ndashWprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)1984 ndashWprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)1989 ndashRozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametroacutew ruchu obrotowego Ziemi1991 ndashZdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS1993 ndashPowołanie International GPS Service(IGS) ndash(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service)1994 ndashWprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

35

LITERATURA

Prof dr hab Adam Łyszkowicz UWM w Olsztynie WYKŁADY

XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo 30 czerwca ndash 11 lipca 2003

ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJEWorkshop bdquoNOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPOacuteŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJErdquoWarszawa 27-28 maja 2004 roku Jerzy B Rogowski Mariusz Figurski

Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna Prof dr hab inż Jerzy B Rogowski Dr inż Magdalena Kłęk

Wykład ndash Mapa cyfrowa dr Katarzyna Bradtke dr Jacek Urbanski

Geodezja WYKŁAD Pomiary szczegoacutełowe 1 Katedra Geodezji im K Weigla

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

36

NAWIGACJAZadaniem nawigacji jest określenie pozycji i parametroacutew ruchu

(prędkości kursu) jednostki ruchomej - człowieka pojazdu statku czy samolotu

Do jednoznacznego określenia wspoacutełrzędnych położenia względem punktoacutew orientacyjnych mogą być użyte

middot pomiar dwoacutech kątoacutew (zasada goniometrii) middot pomiar dwoacutech odległości (w przypadku systemoacutew z radiolatarniami umieszczonymi na orbicie okołoziemskiej wymagany jest pomiar odległości do minimum trzech radiolatarni ) middot pomiar kąta i odległości (wspoacutełrzędnych biegunowych) middot pomiar stosunku odległości statku powietrznego do co najmniej dwoacutech par radiolatarni (zasada systemoacutew hiperbolicznych) middot zliczenie zmian wspoacutełrzędnych obiektu począwszy od punktu o znanych wspoacutełrzędnych

Nawigacja lądowa Nawigacja lotnicza i morska Systemy lokalizacji pojazdoacutew i osoacutebSystemy ratownictwaZastosowania specjalne

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

GLOBALNE SYSTEMY NAWIGACJI SATELITARNEJ SBAS

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SYSTEM WASS

SIEĆ STACJI ODNIESIENIASATELITY GNSSSATELITY GEOSTACJONARNESTACJE TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SYSTEM WASSSTACJA ODNIESIENIA

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SYSTEM WAAS

GENEROWANIE KOREKT

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SBAS ndash STAN OBECNY

EGNOSWAAS MSAS

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SBAS ndash STAN OBECNY

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SBAS ndash KIERUNKI ROZWOJU

EGNOSWAAS MSAS

GAGAN

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

EGNOS ndash ARCHITEKTURA SYSTEMU

GPSGLONASS

GEO

NLES(x 6)

RIMS

EWAN

AOR-EIOR-W

ARTEMIS

MCC 1 MCC 2 MCC 3 MCC 4 PACF ASQF

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

SATELITY GEOSTACJONARNE

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Master Control Centres Navigation Land Earth Stations

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

EGNOS ndash SEGMENTY SYSTEMU

Ranging and Integrity Monitoring Stations

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

EGNOS ndash DOKŁADNOŚĆ (2004)

Lisbon Toulouse

Rome Brussels

Paris

HNSE

95

12 m 09 m 11 m 08 m 10 m

VNSE

95

17 m 14 m 12 m 17 m 13m

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

SYSTEM LASS

SATELITY GNSS PSEUDOSATELITY NAZIEMNE STACJE REFERENCYJNE

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

52

SYSTEM EGNOS

W celu polepszenia dokładności systemu stworzono roacuteżnicowy system korekcji pomiaroacutew GPS składający się naziemnych stacji referencyjnych ktoacutere przesyłają poprawki do trzech satelitoacutew geostacjonarnych EGNOS Za pośrednictwem tych satelitoacutew sygnał trafia do odbiornikoacutew GPS pozwalając na skorygowanie pomiaru dokonanego na podstawie danych z satelitoacutew GPS System występuje w trzech kompatybilnych ze sobą wersjach regionalnych WAAS w Ameryce EGNOS w Europie oraz japoński MSAS w Azji EGNOS pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru pozycji z ok10 m do poniżej 3 metroacutew w odbiornikach przystosowanych do odbioru tego sygnału Dostępność sygnału EGNOS jest często ograniczana przez przeszkody terenowe ze względu na bdquoniskierdquo umiejscowienie satelity (kierunek południowy ok 22 st nad horyzontem)

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

53

GLOBALNY SYSTEM POZYCJONOWANIA

Zawiera trzy moduły

- segmentu kosmicznego ndash 27 satelitoacutew okrążających Ziemię

- segmentu kontroli ndash stacji kontrolujących i monitorujących

- segmentu użytkownika ndash odbiornikoacutew GPS wojsko oraz użytkownicy cywilni

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

54

SEGMENT KOSMICZNY

27 satelitoacutew (24 aktywne + 3 zapasowe)6 orbit kołowych po 4 satelity na orbicieWysokość orbity - 20200 kmKąt nachylenia orbity do płaszczyzny roacutewnika ndash 550 stopni Czas obiegu - ok 11 godz 57 minWidoczność min 5 satelitoacutew usytułowanych ponad 50 stopni nad horyzontem w dowolnym miejscu Ziemi z prawdopodobieństwem 09996

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

55

SEGMENT KONTROLI

Głoacutewna Stacja Monitorująca ndash Baza sił powietrznych Falkon w Colorado Springs

Stacje monitorujące Hawaje Diego Garcia Ascesion

Stacje monitorujące przesyłają informacje do stacji głoacutewnej gdzie wyliczane są efemerydy i poprawki zegaroacutew satelitoacutew

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

56

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

57

SYGNAŁ GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fal nośnych (L1 i L2) kodowanej fazowo sygnałami

- informacyjnym o prędkości 50 bitoacutew na sekundę- depesza nawigacyjna zawierająca min almanach i efemerydę nakładana na kod CA i P

- pseudolosowym kodem CA (akwizycja zgrubna) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 każdy satelita ma swoacutej własny kod CA nazywany także kodem PRN jest podstawowym kodem używanym przez odbiorcoacutew cywilnych

- pseudolosowym kodem P (dokładnym) taktowanym częstotliwością 1023 MHz emitowany na częstotliwości nośnej L1 i L2

- pseudolosowym kodem Y taktowanym częstotliwością około 05 Hz ndash uaktywnianym w chwili zagrożenia (szyfrującym kod P)- dostępny tylko dla autoryzowanych użytkownikoacutew (wojsko)

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

58

Kod P(Y) Kod P jest sekwencją trwającą 267 dni każdy z satelitoacutew ma przypisany

jednotygodniowy segment tego kodu Szybkość transmisji wynosi 1023 MHz

Kod CA Kod CA składa się z 1023 bitoacutew transmitowanych z szybkością 1023 MHz cała sekwencja powtarza się więc co 1 milisekundę Każdemu z satelitoacutew przypisany jest inny kod CA Bity kodu nazywane są chipami Sekwencja

dobrana jest tak by1048708 kody roacuteżnych satelitoacutew nie były skorelowane między sobą

1048708 dla każdego satelity wspoacutełczynnik autokorelacji miał tylko jedno maksimum

Cechy te umożliwiają akwizycję i niezależny odbioacuter sygnałoacutew nadawanych w tym samym paśmie częstotliwości

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

59

Depesza nawigacyjna Treść sygnału informacyjnego zawiera między innymi

Almanach - dane dotyczące aktualnego stanu systemu w tym przybliżone elementy orbitalne wszystkich satelitoacutew ktoacuterych znajomość przyśpiesza

proces akwizycji Efemeryda - podane dokładnie elementy orbitalne satelity ktoacutery nadaje

depeszę niezbędne do wyznaczania czasu i pozycji

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

60

Treść depeszy nawigacyjnej zostaje nałożona na kod P i kod CA Uzyskiwana prędkość transmisji stanowi 50 bitoacutew na sekundę Jej treść zawiewra 25 ramek każda złożona z 1500 bitoacutew Każda ramka podzielona jest na 5 podramek po 300 bitoacutew każda Odebranie jednej ramki danych zajmuje więc 30 sekund a odebranie wszystkich 25 ramek zajmuje 125 minuty Podramki 12 i 3 powtarzają te same 900 bitoacutew danych we wszystkich 25 ramkach umożliwia to odbiornikowi odebranie krytycznych danych w ciągu 30 sekund Dane depeszy nawigacyjnej uaktualniane są co cztery godziny Depesza zawiera informację o momencie transmisji Hand Over Word (HOW) umożliwiającą przejście od śledzenia kodu CA do śledzenia kodu P(Y) dane efemerydalne i dane o zegarze oraz almanach (czyli zgrubne parametry ruchu i statusy dla wszystkich satelitoacutew w konstelacji) Dodatkowo transmitowane są dane o zdrowiu satelitoacutew wspoacutełczynniki do modelu opoacuteźnienia jonosferycznego wspoacutełczynniki umożliwiające obliczenie czasu UTC

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

61

FUNKCJE ODBIORNIKA GPS

Odbioacuter i wzmocnienie sygnału odebranego od satelity

Zmniejszenie częstotliwości i przetworzenie na postać cyfrową

Identyfikacja satelitoacutew na podstawie kodu CA (PRN)

Odczytanie danych zawartych w depeszy nawigacyjnej i wyznaczenie opoacuteźnień sygnału od satelity do anteny

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

62

ZASADA OPOacuteŹNIENIA SYGNAŁU ndash WYZNACZANIE PSEUDOODLEGŁOŚCI

Pomiar kodowy-Pomiar opoacuteźnienia odbywa się poprzez skorelowanie kodu CA nadawanego

przez satelitę z wzorcem kodu satelity zapisanym i odtwarzanym w odbiorniku GPS W depeszy nawigacyjnej zapisany jest czas wysłania sygnału

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

63

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

64

POMIAR FAZOWY

Odbiornik generuje sygnał identyczny z falą nośną satelitoacutew i wykonuje pomiar przesunięcia fazowego tj określa ile całkowitych oraz jaki ułamek długości fali nośnej mieści się na drodze satelita ndash obserwator

Metoda bardzo dokładna (dokładności subcentymetrowe) wymagająca zaawansowanych technologicznie odbiornikoacutew i dłuższego czasu pomiaru

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

65

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

66

Metoda RTKTechnika RTK (bdquoReal-Time Kinematicrdquo) wykorzystuje pomiary fazowe Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm przy bardzo kroacutetkich czasach obserwacji Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej o znanych wspoacutełrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiaroacutew fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki) Czas jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia wspoacutełrzędnych zależy od ilości satelitoacutew (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km) Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitoacutewsekundę Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo kroacutetkim czasie na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (kroacutetki czas obserwacji) Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele roacuteżnych metod obliczeń spełniających te wymogi Wiele z tych algorytmoacutew wykorzystuje np filtr Kalmana definiując (w ogoacutelności) układ roacutewnań dynamicznych (uwzględniających poprzez tzw macierz przejścia dynamikę układu) w ktoacuterych niewiadomymi są wspoacutełrzędne troacutejwymiarowe odbiornika ruchomego ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie parametry ambiguity oraz opoacuteźnienie jonosferyczne

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

67

Metoda statycznaNajszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych Klasyfikując ją wśroacuted innych można powiedzieć iż jest to metoda typu postprocessing wykorzystująca pomiary fazowe Zapewnia ona najwyższe możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS dokładności pozycjonowania Błędy średnie położeń punktoacutew wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktachOgoacutelny algorytm ktoacutery jest najczęściej stosowany w przypadku konieczności obliczania przyrostoacutew pomierzonego wektora troacutejwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

68

BUDOWA SATELITOacuteW GPS

Satelita Navstar serii II R składa się z dziewięciu podstawowych systemoacutew system wprowadzania na orbitę system kontroli wysokości i prędkości system kontroli reakcji system śledzenia telemetrii i sterowania system nawigacyjny system wykrywania wybuchoacutew jądrowych system kontroli termicznej blok zasilania konstrukcji nośnej

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

69

GLONASS

Globalny System Nawigacyjny- podobnie jak GPS z tą roacuteżnicą że właścicielem systemu są siły zbrojne Rosji

Istnieją także roacuteżnice techniczne System składa się z 24 (docelowo) satelitoacutew rozmieszczonych na trzech orbitach kołowych o promieniu ok 19100 km

Płaszczyzna orbit nachylona jest do płaszczyzny roacutewnika pod kątem 648 stopnia Czas obiegu satelity wokoacuteł Ziemi wynosi ok 11 godzin i 15 minut

Glonass nie osiągnął pełnej funkcjonalności z uwagi na nie skompletowaną konstelację satelitoacutew

W chwili obecnej na orbitach jest 13 aktywnych satelitoacutew

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

GALILEOGalileo

Globalny System Nawigacyjny

System cywilny

System niezależny od GPS i GLONASS

Gwarantowany serwis

Faza operacyjna od 2008 roku

Inicjatywa Komisji Europejskiej i ESA

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

GALILEObullGalileo Satellite-only Navigation Positioning amp Timing Services

bull(planowane serwisy)

Open Service (OS) ndash otwarty serwis publicznyCommercial Service (CS) ndash serwis komercyjny (odpłatny) Safety of Life Service (SoL)- serwis ratowniczyPublic Regulated Service (PRS)- dla służb rządowych

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

GALILEO

Open Service Carriers Single Frequency Dual-

Frequency Type of Receiver Ionospheric

correction Based on simple model

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Accuracy (95) H 15 m

V 35 m H 4 m V 8m

Timing Accuracy wrt UTCTAI 30 nsec Availability 998

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

GALILEO

Safety-Of-Life Service

Carriers Three Frequencies

Computes Integrity

Yes Type of Receiver

Ionospheric correction

Based on dual-frequency measurements

Coverage Global Critical level Non-critical level Accuracy (95) H 4 m

V 8 m H 220 m

Alarm Limit H 12 V 20 m H 556 m Time-To-Alarm 6 seconds 10 seconds

Integrity

Integrity risk 35x10-7 150 s 10-7hour Continuity Risk 10-515 s 10-4hour ndash 10-8hour

CertificationLiability Yes Availability of integrity 995

Availability of accuracy 998

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

GALILEO+GPS

Galileo OS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (10deg ma) single frequency receiver

Galileo OS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS +GPS (10deg ma) dual frequency receiver

Galileo OS (30deg ma) single frequency receiver

Galileo OS + GPS (30deg ma) single frequency receiver

Horizontal accuracy

15 7-11 4 3-4 14-54 11-21

Vertical accuracy

35 13-26 8 6-8 21-81 17-32

Galileo OS and GPS combined service performances (illustrative)

Receiver elevation masking angle

Number of visible GALILEO satellites

Number of visible GPS satellites

Total

5deg 13 12 25 10deg 11 10 21 15deg 9 8 17

Maximum number of visible satellites for various masking angles

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

75

GŁOacuteWNI UDZIAŁOWCY NA RYNKU TECHNOLOGI GPS

RYNEKŚWIAT

wartośćliczba sztukEUROPA

wartośćliczba sztuk

LOTNICTWOSystemy pokładoweSystemy naziemne

200 mln dolbrak danych 45 mln eurobrak danych

NAWIGACJA MORSKASystemy nawigacyjneStacje referencyjne

57 mln dol28 tys 15 mln euro6 tys

ZARZĄDZANIE FLOTĄ 170 mln dol125 tys 40 mln euro20 tys

NAWIGACJA SAMOCHODOdbiornikiMapy cyfrowe

2200 mln dol2 mln 600 mln euro05 mln

TRANSPORT KOLEJOWY 2 mln dol1 tys 1 mln euro 05 tys

GEODEZJA MAPYOdbiorniki i programy

225 mln dol15 tys 45 mln euro3 tys

ROLNICTWOOdbiorniki i programy

25 mln dol25 tys 5 mln euro06 tys

TELEFONIA KOMOacuteRKOWA brak danych2836 mln brak danych935 mln

SERWIS TELEMATYCZNY brak danych 80 mln eurobrak danych

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

76

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

77

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

78

CENTRUM ZARZĄDZANIA ASG-EUPOSMożliwości wykonywania pomiaroacutew za pomocą wszystkich rodzajoacutewprofesjonalnych odbiornikoacutew GPS (jedno i dwuczęstotliwościowych)oraz automatycznego opracowania wynikoacutew pomiaroacutew w systemie obliczeniowym ASG-EUPOSZastosowano bardzo wysoki poziom automatyki wszystkich procesoacutewwykonywanych przez system działających w pełni automatycznie zaroacutewno w zakresie- komunikacji i sterowania stacjami- wykonywaniem obliczeń sieci ASG-EUPOS- wykonywaniem obliczeń użytkownikoacutew w trybie post-processingu- Gromadzenia i archiwizacji danych obserwacyjnychZastosowanie standardu otwartego pozwala na łatwość rozbudowy systemupoprzez włączanie kolejnych stacji referencyjnych GPS co sprowadza koszty rozbudowysystemu do poziomu związanego z zakupem stacji GPSkieruje działaniem całościsystemu Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-PLSystem ASG-PL dostępny jest dla użytkownikoacutew przez 24 godziny na dobępoprzez stronę WWW systemu httpwwwasg-euposgovpl

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

79

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

80

DOSTĘPNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn

81

LITARATURA[1] Wprowadzenie do technologii nawigacji satelitarnej Margonin 052006 Szkolenie SIP dla DGLP

[2] Podstawy Technologii Satelitarnych Systemoacutew LokalizacyjnychGPS GLONASS Piotr Frączyk NAVI sp z oo Mariusz Figurski Politechnika Warszawska Grzegorz Modliński NAVI sp z oo Zofia Rzepecka ART Olsztyn Anna Tyranowska CBK PAN

[3] [11] httpwwwnaviplmright=gps_artykuly_ampmitem=uklady Układy wspoacutełrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względemglobalnego układu WGS84 Jacek Lamparski Instytut Geodezji ART Olsztyn