Forelesning i SIB6005 Geomatikk, GPS: Metode for koordinatbestemmelse. Kapittel 8 i Grunnleggende landmåling

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Forelesning i SIB6005 Geomatikk, 16.9.2002. GPS: Metode for koordinatbestemmelse. Kapittel 8 i Grunnleggende landmåling"

Arthur Kleppe
8 år siden
Visninger:

1 Forelesning i SIB6005 Geomatikk, Geodesi/landmåling DAGENS TEMA: GPS: Metode for koordinatbestemmelse Fasemålinger Relativ måling Feilkilder Planlegging Kapittel 8 i Grunnleggende landmåling Onsdag 18.9: Fotogrammetri Mandag 23.9: Teori for feltøvingen. Tid for de ca 4-5 timene i felten avtales, dere kan fordeles på flere dager, helst i uke 39 og 40

9 DAGENS TEMA: GPS: Metode for koordinatbestemmelse Fasemålinger Relativ måling Feilkilder

2 2 Kodemålinger, rep Avstandsformel, med viktige korreksjoner P = ρ + c (dt dt) + d ion + d trop + dρ P: målt avstand, måleverdi (pseudoavstand) ρ : vektoren mellom mottakeren og satellitten C/A og P koden er modulert på bærebølgene. Det måles hvor lang tid det tar for aktuell kode å gå fra satellitten til mottakeren. Tid x hastighet gir avstand (NB: Støy/forstyrrelser). Kort forklaring på tidtakingen: På et visst tidspunkt blir samme koder generert både i satellitten og i mottakeren. Satellittens kode mottas etterhvert i mottakeren. Mottakeren sammenligner innkommen kode med sin egen, forskjellen er den tid koden har tatt fra satellitten.

mercat.com/quest/gpstutor.htm Tid x hastighet gir avstand (NB: Støy/forstyrrelser).

3 3 Nøyaktighetsmål, DOP Utledes av geometrien og antall satellitter GDOP: Geodetic Dilution Of Precicion: X, Y, Z og tid PDOP: Position Dilution Of Precicion: X, Y, Z

4 Fasemålinger Geodetiske mottakere, gir cm-(mm)-nivå på bestemmelsen av en GPSvektor mellom to punkter. Måler avstandsendringer mellom satellitter og antennen endring i avstand til satellitten fra det tidspunktet da vi begynte å måle Det hele antallet bølgelengder ved starttidspunktet er ukjent, og må bestemmes. t=t 0 t=t 1 4 Fasemåling En forenklet formel for målt avstand ved tidspunktet t = t 0 (uten påførte feil, råavstand): En forenklet formel, t = t 0 : Ved tidspunktet t = t 1 : D = λ t0 + N t0 λ D = λ t1 + N t0 λ + Int(t 1 -t 0 ) λ λ: Bølgelengden for bærebølgen, L1, eller L2. NB: N: Antall hele bølgelengder når vi starter målingene (t = t 0 ). N er ukjent og må bestemmes L: Deler av en bølgelengde, bestemmes ved fasemålinger. Avstanden til satellitten fås ikke direkte ved fasemåling, det må måles i et visst tidsrom for å bestemme heltallet N. Intialiserinsperioden

5 Fasemodell, målt fase 5 Innkommet fase generert av satellitt Faseforskjell Fase generert av mottaker t = t Sendetid og mottakertid er relatert til hverandre: T t = (dt dt) + (ρ - d ion + d trop + dρ) / c ϕ i k er målt faseforskjell: ϕ målt = ϕ i k = - ρ / λ - (c / λ) (dt dt) (- d ion + d trop + dρ) λ

hverandre: T t = (dt dt) + (ρ - d ion + d trop + dρ) / c ϕ i k er målt

6 6 Observasjonsligning, total faseforskjell Den totale fasen, ϕ total, består av en heltallsdel (integer) en fraksjonsdel t=t t=t 0 ϕ total (t ) 0 ϕ total (t) Observasjonsligningen for fasemåling (i enheten i cykler): ϕ total = - ρ / λ - (c / λ) (dt dt) (- d ion + d trop + dρ) λ + N(t 0 ) I meter: Φ total = - λ ϕ Observasjonsligningen for fasemåling (i enheten meter): Φ total = ρ + c (dt dt) + λ N(t 0 ) - d ion + d trop + dρ Ukjente?

ϕ total = - ρ / λ - (c / λ) (dt dt) (- d ion + d trop + dρ) λ + N(t 0 ) I meter: Φ total = - λ ϕ

7 Målemetoder, fasemålinger 7 Initialisering De ukjente heltallene i starttidspunktet, N-ene (1 for hver satellitt), løses først ut ved målinger over tid, initialiserings-perioden. Målemetoder: (1) Absoluttbestemmelse 1 mottaker. Lang måletid, 12 timer-> Vektormåling: (2) Klassisk statisk måling. 2-5mm + 2ppm (3) Korttidsstatisk (4) Kinematisk måling. 10mm + 2ppm referansepunkt mobil mottaker stopp-og-gå, stop-and-go RTK: real time kinematic Standarden Satellittbasert posisjonsbestemmelse, fra Statens kartverk. Å måle relativt (eller differensielt) er helt avgjørende for å oppnå en nøyaktighet på ned mot 1 meter på posisjonsbestemmelsen med kodemålinger, eller på cm-nivå (eller bedre) med fasemålinger

2-5mm + 2ppm (3) Korttidsstatisk (4) Kinematisk måling.

8 8 GPS. Relativ/differensiell stedfesting GPS-mottakere i basestasjoner (med kjente koordinater) Og GPS-mottaker i: Båt Fly Bil Gravemaskin (E6 Melhus, Steinkjer) Ryggsekken (til fots)

htm GPS-mottakere i basestasjoner (med kjente

9 9 Relativ/differensiell måling Referanse-stasjonen kan ved hver måling sammenligne målt posisjon med gitt posisjon. Dermed kan man få en nøyaktig stedbestemmelse av den andre mottakeren også. Dette kan gjøres ved at de målte avstandene mellom satellittene og mottakeren i det ukjente punktet blir korrigerte ved hjelp av målingene i det kjente punktet. Korreksjonene kan påføres i sanntid (for eksempel RTK), eller ved beregninger i ettertid. Absolutt og relativ bestemmelse Satellitt Ukjent punkt Gitt posisjon Referansepunkt X, Y, Z Korreksjon Målt posisjon

Dette kan gjøres ved at de målte avstandene mellom satellittene og mottakeren i det ukjente punktet blir korrigerte ved hjelp av målingene

10 10 Nøyaktighet Hvilken nøyaktighet oppnås ved å måle samtidig med 2 eller flere mottakere? Standardavviket (gjennomsnittsnøyaktigheten) på vektoren (basislinja), eller på koordinatene (i grunnriss) til det nye punkter er ved klassiske statiske målinger: Ca 1-5 meter med C/A-kodemålere Ca 5 mm +1 mm/km med geodetiske mottakere (enfrekvente, L1) Ca 2-5 mm +1 mm/km med geodetiske mottakere (tofrekvente, L1 og L2) Ukjent punkt Referansepunkt Gitt posisjon X, Y, Z Korreksjon Målt posisjon

punkter er ved klassiske statiske målinger: Ca 1-5 meter med C/A-kodemålere Ca 5 mm +1 mm/km med geodetiske mottakere

11 Differensiell bestemmelse: MPOS, DPOS og CPOS 11 Statens kartverk har etablert 3 nye SATREF tjenester, MPOS, DPOS og CPOS. De nye tjenestene vil gjøre SATREF til et bedre landsdekkende satellittbasert posisjonssystem for posisjoneringsbestemmelse i Norge. MPOS - tjenesten er rettet mot posisjonsbestemmelse på meters nivå (1-5 m). MPOS produktinformasjon DPOS - tjenesten vil gi brukeren en posisjonsbestemmelse med en nøyaktighet på cm ved bruk av en tilstrekkelig god GPS-mottaker. DPOS produktinformasjon CPOS - tjenesten vil gi brukeren en posisjonsbestemmelse på cm-nivå. CPOS produktinformasjon Det eneste brukerne behøver for å ta i bruk DPOS tjenesten, er i tillegg til en GPS-mottaker, en såkalt brukerenhet (Pocket VRS). Brukerenheten inneholder både en GSM mobiltelefon og en FM/DARC radiomottaker, for mottak og bearbeidelse av data mottatt fra SATREF kontrollsenter.

MPOS - tjenesten er rettet mot posisjonsbestemmelse på meters nivå (1-5 m).

12 Relative målinger 12 Enkeltpunktbestemmelse, eller absoluttbestemmelse: Bruk av måledata fra bare en mottaker, gir en absoluttbestemmelse Relativbestemmelse, vektormåling: Det måles med (minst) 2 mottakere samtidig A B C t 1 t 2 t 3 t 4 Tid Figur: Måletid for tre mottakere (A, B og C) Uavhengige vektorer (ikke-trivielle vektorer): Referansestasjon Mobil mottaker, rover

(minst) 2 mottakere samtidig A B C t 1 t 2 t 3 t 4 Tid Figur: Måletid for tre mottakere (A,

13 13 Feilkilder Flerveisinterferens (multipath) Også: Tabber og påførte feil Feil på koordinatene og høyden på referansepunktet ved basisberegninger Operatørfeil A-S ( anti-spoofing ). Eier-påført feil.

14 14 Feilbudsjett kodemålinger, 1 mottaker, 1 satellitt => 1 avstandsmåling For de viktigste feilkildene for statisk kodemålinger med 1 mottaker på C/A-koden. Feilkilde Standardavvik i meter Merknader ( normale variasjoner) Satellittklokka, stabilitet Banefeil (eferemider) SA, Selective Availability* 32 Kan varierer mellom 0 og 100 i tallverdi Ionosfære (etter korreksjon) Troposfære 1 0,5 2 (etter korreksjon) Mottakerklokka Løses ut som en ukjent Støy på mottakeren Flerveisinterferens (multipath) (avhengig av reflekterende flater) *: SA ble slått av (for godt?) 2. mai 2000 Systemets UERE (user equivalent range error) med og uten SA blir 33 m og 7 m på en målt avstand. (Beregning av UERE: UERE = ( ) = 33 m) Med en PDOP på 2,5 (som tilsvarer en gjennomsnittlig god satellitt-geometri), fås en usikkerhet i posisjonen på mottakeren på 82,5 m og 17,5 m med og uten SA.

Ionosfære 5 2 15 (etter korreksjon) Troposfære 1 0,5 2 (etter korreksjon) Mottakerklokka Løses ut som en ukjent Støy på mottakeren 1 1-2 Flerveisinterferens (multipath) 1 0 4 (avhengig av

Like dokumenter

Erfaringer ved RTK-måling på lange avstander

Jordskifteverkets samling på Honne, 12.-13. Mai 2004 Erfaringer ved RTK-måling på lange avstander v/ Bjørn Godager,Høgskolen i Gjøvik Email: bjoern.godager@hig.no Hjemmeside: http://www.hig.no/at/geomatikk/