High Precision GNSS for Mapping & GIS Professionals

Agenda• Address your needs for GNSS knowledge.• GNSS Basics• Satellite Ranging Fundamentals (Code $ Carrier)• Differential Corrections (Post‐Processed $ Real‐Time)• Real‐Time Corrections (Radio & Cellular)• GNSS System Components• Geodesy 101• Are you practicing Land Surveying? The Gray Area.

Your Needs for GNSS Knowledge

• Who’s using it? (You/Coworkers)• What kind of unit/precision? (10m or 10cm)• Where are you using it? (Locally/Remotely)• When are you using it? (Daily Use/Project Specific)• Why are you using it? (Requirement/Value Added)• How are you using it? (Business Line/Application)

GNSS: Global Navigation Satellite System

GNSS: Global Navigation Satellite System

NAVSTAR GLONASS

The Constellations• NAVSTAR aka GPS (United States DoD)

– 31/36 (Block III)

• GLONASS (Russian Federation)– 24/27

• Galileo (European Union)– 11+4+3/30

• BeiDou aka Compass (People’s Republic of China)– 21/35

• QZSS (Japan Regional) “We might be able to use this.”• IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System)

So… that’s cool, but how do we get PRECISION??? 

We must know where the satellite is, and we must determine the distance to it. We refer to this as 

satellite RANGING.

Four Satellite Minimum (X, Y, Z, Time)

Code Ranging

Measurement of time difference between the same part of code.

To Receiver

From Satellite

Distance = Speed Of Light x Time Difference

Carrier Ranging

= First Partial WavelengthN = Integer Ambiguity

Solving for the integer ambiguity yields centimeter precision.

So… that’s cool, but how do we get PRECISION??? 

We must have a second receiver on a “known” point. From this 

receiver second, we can generate a DIFFERENTIAL correction.

CORSOur gateway to accessing the National 

Spatial Reference System

AGC Geodetic Control

Real‐Time Correction ComparisonRADIO CELLULAR DATA

Limited Range Limited to Cell Availability

Relies on a Battery Requires a cellular data plan

Requires a FCC License May require subscription.

Limited by baseline length… Allows for Multi‐Station Solution (Better)

More Equipment / Investment

Less Equipment / Typically 60% Investment vs Radio.

Rover Receiver

Rover Radio Antenna

Data Collector

Rover Pole

Bipod

xxxxx

Base Receiver

Tribrach

Base Receiver Battery

Radio Data Cable

Base Receiver Tripod

Data CollectorBase Radio

Battery

Base Radio

Base Radio Tripod

Antenna Cable

Radio Antenna

So… that’s cool, but how do we get ACCURACY??? 

1. Use a High Precision GNSS Receiver2. Use Proper Field Procedures3. Apply sound Geodetic Principles

Earth‐Centered Earth‐Fixed (ECEF)Ellipsoid(e.g., GRS‐80, WGS‐84) +Z axis (parallel to axis of rotation)

+X axis(Prime meridian)

–Y axis (90°W) 

–Y1

+Z1

Earth mass center–X1–X axis 

(180°W) 

+Y axis (90°E) 

–Z axis

Equatorial plane

λ1

φ1

h1

Coordinates:(–X1, –Y1, +Z1)(φ1, λ1, h1)

Geoid(“mean sea level”)

p4

Anchorage

PUBLIC SERVICE ANNOUNCEMENTS:

WGS84 IS NOT THE SAME AS NAD83

PUBLISHED LATITUDES & LONGITUDES ON PUBLIC DATA SOURCES SHOULDREFERENCE NAD83… BE WEARY.

ALASKA: US SURVEY FEET

Relationship between the MANY ‘flavors’ of nad83 and GNSS‐derived NAVD88 HEIGHTS

All hybrid geoid models from NGS are intended for use with NAD83, but for the most consistent results, ensure that the geoid model used matches the correct ‘flavor’ of NAD83

Alaska:  For NAD83(1986) use Geoid06

For NAD83(2007), NAD83(CORS96)  use Geoid09

For NAD83(2011)  use  Geoid 12A/B

NAD83(2007)

NAD83(2011)

NAD83(1986)

NAD83(1997)

NAD83(2011)

Birth: NAD83(1986)   Differential leveling only1st adjustment NAD83(1997)  GNSS/HARN and more leveling also: NAD83(HARN)

NAD83(CORS96) GNSS/CORS (2007.00 epoch in AK)2nd adjustment NAD83(2007)  GNSS/CORS3rd adjustment NAD83(2011)  CORS

Note: for Alaska these are the only three 

hybrid geoid models that exist

Adjustments to the National Spatial Reference System (NSRS)

THE GEOID FOR ALASKA: GEOIDxx

SPCS vs. UTM

SPCS: 1 in 10,000UTM: 1 in 2500

AS 08.48.341.(13) "practice of land surveying" means the teaching of land surveying courses at an institution of higher learning, or any service or work the adequate performance of which involves the application of special knowledge of the principles of mathematics, the related physical and applied sciences, and the relevant requirements of law for adequate evidence of the act of measuring and locating land, geodetic and cadastral surveys for the location and monumentation of property boundaries, for the platting and planning of land and subdivisions of land, including the topography, alignment, and grades for streets, and for the preparation and perpetuation of maps, record plats, field note records, and property descriptions that represent these surveys;