Leica e-mail 4/2006 11.7. 2006
GLONASS
GLONASS Vážení přátelé! 4. dubna 2006 uvedla Leica Geosystems opět významnou inovaci do GPS1200 – podporu ruského navigačního systému GLONASS. Nově vzniklé přijímače s přívlastkem “GG”, tj. univerzální senzor GX1230 GG, SmartAnténa ATX1230 GG, referenční senzor GRX1200 GG Pro a pro řízení stavebních strojů MNS1230 GG jsou zároveň připraveny pro upgrade na další nové družicové signály – evropský systém GALILEO a třetí frekvenci GPS L5. Nové 72-kanálové GG přijímače umožňují příjem všech nyní dostupných GNSS (Global Navigation Satellite Systems) signálů, tj. GPS L1 a L2 (včetně L2C), WAAS, EGNOS, MSAT a hlavně GLONASS. Tento dokument se zaměřuje na ty nově podporované GNSS signály, které přinášejí uživatelům Systému 1200 okamžitý prospěch, tj. GLONASS. Jaké jsou rozdíly mezi GPS a GLONASS? Jaký to přináší prospěch? Má uživatel investovat do měřických systémů podporujících GLONASS? Tyto otázky zde budou zodpovězeny, ovšem první otázkou nejspíš bude...
Proč nyní? Možná se zeptáte proč Leica najednou podporuje GLONASS? Proč ne dříve? Jednoduchá odpověď je, že doposud byl přínos využívání GLONASSu pro měřiče minimální – následujcí graf ukazuje, kolik bylo k dispozici družic v minulých pěti letech. Z grafu je jasně patrné právě nyní, kdy je k dispozici již 17 družic, má smysl využívat GLONASS v zeměměřické praxi. Navíc tisková zpráva z Moskvy ze 7.3. 2006 říká, že Rusko plánuje mít plnou konstelaci 28 družic v roce 2009 a již bylo přiděleno 100% finančních prostředků k dosažení tohoto plánu. Leica vždy vyráběla a bude vyrábět technologie, které přinášejí uživateli smysluplné využití a opravdový prospěch – takže nyní Leica uvolnila GNSS produkty.
[email protected] http://www.gefos.cz/leica 1/5
Leica e-mail 4/2006 11.7. 2006
GLONASS
Глобалъная Навигационная Спутниковая Система - ГЛОНАСС. Možná bude zajímavé se nejdříve podívat na základní informace o GLONASSu. Systém GLONASS byl koncipován a započat v době studené války jakožto odpověď na vývoj amerického systému GPS a spadá pod Ministerstvo obrany Ruské federace. Úplná konstelace GLONASSu bude zahrnovat 24 družic ve třech orbitálních rovinách, tj. 8 družic v jedné rovině. Tyto roviny mají sklon vůči rovině rovníku 64,8°, což je strmější než u GPS (55°). Družice GLONASSu se tak dostanou dále na sever (i na jih) do odlehlých polárních oblastí. Družice GLONASSu obíhají ve výšce 19 100 km nad Zemí, tj. níže než GPS (20 200 km). Důsledkem této nižší dráhy je, že družice oběhnou Zemi jednou za 11 hodin a 15 minut – v porovnání s 11h 58m u GPS. Takže uživatel GPS, který je zvyklý na stejnou konfiguraci družic ze dne na den (bez cca 4 minut), zjistí, že konstelace GLONASSu se posouvá o 1h a 30min za každý den.
Čím více, tím lépe Obecně řečeno, hlavní výhodou užití GLONASSu je, že máme k dispozici více družic pro měření. Dříve se při měření poblíž překážek často stávalo, že se GPS signál úplně ztratil, což znamenalo nutnost opustit překážku, čekat na reinicializaci a zkusit měření znovu. Využití dodatečných signálů z GLONASSu může znamenat pokračování v práci v místech, kde to dříve nešlo. Následující graf ukazuje dispozice družic v severní zeměpisné šířce 47°, vlevo je pouze GPS, vpravo GPS a GLONASS.
[email protected] http://www.gefos.cz/leica 2/5
Leica e-mail 4/2006 11.7. 2006
GLONASS
Při využití pouze GPS máme v určitý okamžik k dispozici mezi 6 – 10 družicemi, v průměru 7 družic. GDOP má v průměru hodnotu 2,3 a ve špičkách 5,5. Přidáním družic GLONASSu se zvyšuje počet družic na 8 – 14, s průměrem 10 – 11. Tím se také výrazně redukují hodnoty GDOP. Přidané družice systému GLONASS můžou přinést možnost pokračování v práci namísto pokusů o reinicializaci nebo volby jiné metody měření v zakrytých oblastech.
Lepší přesnost? I s ohledem na přesnost má z většího počtu družic uživatel prospěch. Obecně řečeno, více družic může zlepšit přesnost měřené pozice. První graf dole ukazuje rozdíly ve výšce zafixované pozice s přijímačem GX1230 (bez GLONASSu) v porovnání s přijímačem GX1230 GG (s GLONASSem) v rámci 4-hodinové periody. (Výšková přesnost je vždy horší než polohová). Druhý graf ukazuje počet družic k dispozici, což samozřejmě ovlivňuje výškovou přesnost.
Z grafů lze tedy vyčíst, že pokles počtu družic s využitím pouze GPS způsobuje zhoršení výškové přesnosti (obzvláště v intervalu 13:00 – 13:30). Používá-li se navíc GLONASS, je přesnost pozice stabilnější v porovnání s pouze GPS, což může zvýšit spolehlivost měření.
Dodatečná fixní řešení? Již znáte odpověď – ano. Opět obecně řečeno, čím více družic, tím lépe. Čas potřebný k zafixování ambiguit a obdržení cm přesnosti může být zredukován s použitím GLONASSu spolu s GPS. Vypočítat “průměrné” vylepšení je obtížné, protože lze těžce definovat “průměrné” podmínky. V Heerbruggu bylo prováděno porovnání měření pouze GPS s měřením GPS a GLONASS za následujících podmínek: - Velmi dlouhé statické základny (149 km)
[email protected] http://www.gefos.cz/leica 3/5
Leica e-mail 4/2006 11.7. 2006
-
GLONASS
Kinematické testy – model vlaku střídavě jezdící pod překážkami (zákadna 30m) Staticky pod stromem (základna 20 km) Staticky pod čistým nebem (základna 2 km)
Testy byly prováděny tak, že jakmile bylo dosaženo fixní řešení, bylo toto řešení automaticky zrušeno a systém byl donucen k reinicializaci. Následující procentuelní hodnoty ukazují, kolik bylo provedeno fixních řešení – např. 50% by znamenalo, že bylo dosaženo 10 fixních řešení v časové periodě, ve které by teoreticky šlo dosáhnout fixních řešení 20. Bylo dosaženo následujích výsledků: Projekt Dlouhá základna Kinematické obs. Strom Statické obs.
GPS(%) GPS/GLO(%) 53,31 61,76 55,89 90,49 72,73 100 97,06 99,22
Je jasně patrné, že využití GLONASSu spolu s GPS zvyšuje počet fixních řešení a tím i produktivitu uživatele. Lze říct, že v průměru je počet fixů s přijímačem GX1230 GG (GPS/GLONASS) o 15% vyšší než s přijímačem GX1230 (pouze GPS).
Další technické informace Následující informace jsou určeny pro Vás, kdo se hlouběji zajímáte o technické detailní aspekty kombinace měření na GPS a GLONASS. Běžný uživatel s tímto nemusí mít starosti, protože vše se odehrává na pozadí “GG” senzorů. Hodiny Cesiové hodiny na všech GPS družicích jsou velmi stabilní (nepřesnost 1 vteřiny za 1 milion let). Podobnou stabilitu vykazují i hodiny na družicích GLONASSu. Časová reference systému GPS je GPS čas, kdežto GLONASS je založen na světovém občanském čase UTC (SU). Rozdíl mezi těmito dvěma časovými systémy je znám pouze do určité přesnosti, avšak ne tak přesně, aby to stačilo pro měřické aplikace. Tento rozdíl hodin musí být při použití kombinovaných GPS/GLONASS senzorů vyřešen, proto je zapotřebí přijímat signály minimálně ze dvou družic GLONASSu aby tento systém přispěl k řešení pozice. Toto také ukazuje, proč až nyní se Leica rozhodla uvolnit GG senzory. Když se podíváme zpět na graf na první straně, uvidíme, že právě nyní je v průměru k dispozici 3-4 družic systému GLONASS na určitém místě na Zemi.
[email protected] http://www.gefos.cz/leica 4/5
Leica e-mail 4/2006 11.7. 2006
GLONASS
CDMA a FDMA Možná víte, že systém GPS je založen na tzv. “Code Divisional Multiple Access – CDMA” . To v podstatě znamená, že jednotlivé družice v GPS signálu jsou rozlišeny pomocí různých kódů (každá družice má svůj kód). Naproti tomu signál GLONASSu je založen na tzv. “Frequency Divisional Multiple Access – FDMA”. To znamená, že všechny družice GLONASSu vysílají stejně kódované signály, ale každá družice na své vyhrazené frekvenci. Fakt, že vlnové délky družic GLONASSu jsou různé, znamená, že využití těchto signálů je technicky složitější než u samotného GPS. Kdykoli je zapotřebí zformovat lineární kombinace mezi družicemi, např. kvůli omezení vlivu atmosférického zpoždění, musí být vyřešeny dodatečné posuny jako proměnné hodnoty. Závěr Se 17 družicemi, které jsou dnes v GLONASSu k dispozici a závazkem ruské vlády dobudovat systém do roku 2009, je nyní pravý čas k investici do GNSS přijímačů. Hlavní přínos pro měřiče spočívá větším počtu satelitních signálů, což vede k vyšší přesnosti a většímu počtu fixních řešení a tím ke zvýšení produktivity.
[email protected] http://www.gefos.cz/leica 5/5
