A távérzékelésről……. A műholdas helymeghatározás GPS 2012.05.18.
1
A térbeli adatok meghatározása
elsődleges geometriai adatnyerési eljárások,
másodlagos adatnyerési eljárások
2012.05.18.
2
Az elsődleges térbeli adatok meghatározása A térbeli adatokat a földfelszínen található természeti képződményekről, mesterséges létesítményekről mérési eljárással nyerjük.
Ezek az eljárások a következők: -földi földi geodéziai eljárások, -mesterséges mesterséges holdakon alapuló helymeghatározások, -fotogrammetriai fotogrammetriai módszerek, 2012.05.18.
-távérzékelés. távérzékelés.
3
például
Az elsődleges térbeli adatok meghatározása
PASSZÍV
AKTÍV 2012.05.18.
4
GPS ►A
GPS (Global Positioning System) Globális Helymeghatározó Rendszer, az Amerikai Egyesült Államok DoD (Departement of Defence) Védelmi (Elhárítási) Minisztériuma által (elsődlegesen katonai célokra) kifejlesztett és üzemeltetett - a Föld bármely pontján, a nap 24 órájában működő műholdas helymeghatározó és navigációs rendszer.
2012.05.18.
5
Alkalmazás előnyei ►A
rendszer előnye, hogy független:
► időjárástól ► napszaktól ► légköri
viszonyoktól
► földfelszín
feletti magasságtól
► mozgási
sebességtől (a műszerrel akár vadászgépen is mérhetünk)
2012.05.18.
6
Hogyan működik a GPS? A rendszer felépítése: ► 24
db, 12 órás keringési idejű műholdból (6 pályasíkon egymáshoz képest 60 fokkal elforgatva, az Egyenlítőhöz viszonyított pályaelhajlás 55 fok),
►5
db földi ún. monitor állomás, 4 feltöltő és 1 központi vezérlő
► GPS
vevőberendezés, amelyből számtalan lehet, a Föld bármely pontján
2012.05.18.
7
Hogyan működik a GPS? ►A
műholdas helymeghatározó rendszer gyakorlatilag egy „egyszerű„ időmérésből kiszámított távolságmérésen alapul. Mivel ismerjük a rádióhullámok terjedési sebességét, ha van két nagyon pontos óránk, és ismerjük a rádióhullám kibocsátásának és beérkezésének idejét, ezek alapján meghatározhatjuk a forrás távolságát. Egyszerű, de mégsem…
2012.05.18.
8
A helymeghatározáshoz 4 műhold szükséges
2012.05.18.
9
A műholdak alapvető funkciói a következők: A kontroll állomások által kisugárzott információk vétele és tárolása. Korlátozott mértékű adatfeldolgozás. Igen pontos időszolgáltatás oszcillátorok segítségével. Minden műholdon 2 cézium és 2 rubidium oszcillátor van, melyek stabilitása 10-12 /nap - 10-13 /nap. A 4 atomi etalon közül a földi állomás parancsára bármelyik kiválasztható fő oszcillátorrá. A műholdakon az atomi oszcillátorok által generált alapfrekvencia: f0 = 10,23 MHz. Ezekből állítják elő a két L-sávú vivőfrekvenciát: Ezeket a frekvenciákat különböző kódokkal modulálják, amelyek segítségével a felhasználók távolság meghatározást végezhetnek, a modulációval közvetített pályainformációkból. A felhasználók felé információk küldése. A rendszerfenntartók parancsára kontrollált manőverezés végrehajtása. 2012.05.18.
10
Hogyan működik a GPS? ►
A műholdaknak a vevőkészüléktől való távolsága a műholdak által kisugárzott jelek beérkezési idejéből számítható ki (sebesség x idő = távolság).
►
A rádióhullámok terjedési sebessége miatt nagyon pontos időmérésre van szükség. Ha a mérendő műhold zenitben van, akkor kb. 0.06 másodperc alatt ér le a mérő jel róla, gyakorlatilag tehát a vevő mérő órájának 0.000000001 sec pontossággal kell mérnie a cm-es mérési pontosság eléréséhez.
2012.05.18.
11
Hogyan működik a GPS? ►
Adódik egy másik probléma is, nevezetesen: ismernünk kell a kibocsátott mérőjel indulásának időpontját. A fejlesztők ezt a problémát úgy oldották meg, hogy mind a műhold, mind a vevő ugyanazt a jelet generálja szinkronban egymással. A vevő összehasonlítja a beérkezett jelet a sajátjával, és méri a késési időt. Ehhez olyan jelet kell alkalmazni, amellyel bármely pillanatban meghatározható az időkülönbség.
2012.05.18.
12
Az időmérés ►
Az adóoldalon viszonylag egyszerű a megoldás hiszen a műholdakon 4 atomóra működik (rubidium és cézium), melyek rövid idejű frekvencia stabilitása 10-12 - 10-13.
►
A vevő oldali órák pontossága ezt messze alulmúlja, de nem alkalmazhatunk minden GPS vevőben atomórát, de erre is van megoldás, egy egyszerűbb, olcsóbb "sima kvarcóra" is megteszi.
2012.05.18.
13
A GPS MÉRÉS ELVE ►
A GPS technika a mesterséges holdak által kisugárzott rádiójelek vételén alapul. A GPS holdak fedélzetén elhelyezett oszcillátorok f 0= 10.23 MHz alapfrekvencián működnek, rádiójeleket azonban két különböző frekvencián sugároznak. Az L1 és L2 jelűn. Az L1 frekvencia az alapfrekvencia 154 -szerese, az L2 120 - szorosa. L1= 1575.42 MHz. L2= 1227.60 MHz
Ennek megfelelően a hullámhosszak: l 1= 19.0 cm és l 2= 24.4 cm. Ezeket a vivőhullámokat (carrier) különböző kódokkal modulálják annak érdekében, hogy információkat továbbíthassanak a vevők felé. A kódok +1 és -1 értékekből álló sorozatok, a kettes számrendszerbeli 0 és 1 számjegyeknek 2012.05.18. 14 megfelelően. ►
A kódolás elve
►
►
A kódolás elve a fázis billentyűzés ( biphase modulation ), azaz a vivőhullám fázisának 180 fokkal való eltolása akkor, ha a kód értéke (+1 vagy -1) változik. A fázisbillentyűzés elvét az ábra szemlélteti.
2012.05.18.
15
C/A kód és P - kód A vivőhullám modulálásakor kétféle kódolást alkalmaznak. C/A kód ► ( coarse/acquisition code ) frekvenciája f 0/10, azaz 1.023 MHz - es frekvenciával követik egymást a +1 és -1 értékek. A kódsorozat minden ezredmásodpercben ismétlődik, és minden GPS hold esetén különböző. Ez teszi egyértelműen azonosíthatóvá a holdakat. P - kód A P - kód (precision code) frekvenciája megegyezik az f0 alapfrekvenciával, és 266.4 naponta ismétlődik. A holdak azonosítását itt az teszi lehetővé, hogy a kód ” mintája” minden hold esetében egyedi. A P - kód teljes, 266.4 napos ciklusának 7-7 napos darabját rendelték hozzá egy egy GPS holdhoz. A kód generálása minden vasárnap éjfélkor, a GPS hét kezdetén újra indul. A mesterséges 16 2012.05.18. holdakat azonosító
Helymeghatározási módszerek ► ►
abszolút vagy relatív statikus vagy kinematikus
►
Az abszolút helymeghatározás egy független, egypontos meghatározás, ahol a koordinátákat kódmérésből, pszeudotávolság meghatározásból kapjuk a WGS-84 koordinátarendszerben, a méréssel egyidőben. Ehhez a mérési módszerhez egy vevőkészülék szükséges.
►
A relatív helymeghatározás a pszeudotávolság, vagy vivőfázis szimultán mérését jelenti két vagy több ponton, ugyanazon holdakra. Ehhez a mérési módszerhez legalább két vevőkészülék szükséges. A kapott koordináták a referenciaponthoz viszonyított értékek.
2012.05.18.
17
Helymeghatározási módszerek ►
►
Statikus mérési módszernél a vevő az észlelés teljes módszer ideje alatt helyben marad, tehát sok fölös mérési eredmény adódik. Kinematikus módszernél a vevőkészülék módszer folyamatosan mozog, fölös mérés nincs.
2012.05.18.
18
A mérést terhelő fontosabb hibák
2012.05.18.
19
A GPS műholdak műszaki adatai Név: NAVSTAR ► Gyártó: Rockwell International ► Magasság: 20200 km ► Súly: 850 kg (pályára állás után) ► Méret: kb. 6 méter a nyitott napelemekkel ► Keringési idő: 11 óra 58 perc ► Elhelyezkedés: 6 pályasík, egymáshoz képest 60 fokkal elforgatva, 55 fokos pályasík-hajlás az Egyenlítőhöz képest ► Tervezett élettartam: kb. 7.5 év ► Keringő példányok: állandóan változnak, ma még kb. 10 db. ún. Block I prototípusú műhold van az űrben, amit folyamatosan felváltanak Block II típusúakra. (ebből napjainkban kb. 30 db. kering) 2012.05.18. ► Konstelláció: 24 műhold ►
20
A globális műholdas helymeghatározó rendszerek közeljövőre tervezett technikai fejlődése • GALILEO: - 30 műhold, 23600 km, 3 pálya, az Egyenlítővel 56°-ot zár be a pályasík - 20 földi követő és telemetriai állomás (ebből 1 irányító központ) - 4 frekvencia (E5a=L5, E5b, E6, L1) - 10 kód - 5-féle szolgáltatás - együttműködés a NAVSTAR GPS-szel - fedélzeti Cospas-Sarsat rendszer - integritás-információk sugárzása 2012.05.18.
21
A globális műholdas helymeghatározó rendszerek közeljövőre tervezett technikai fejlődése A GALILEO tervezett szolgáltatásai: 1. Nyilvános alapszolgáltatás (OS): - egyfrekvenciás, ingyenes, garancia nélküli - pontosság nem rosszabb, mint a NAVSTAR SPS 2. Életbiztonsággal kapcsolatos szolgáltatások (SoL): - kétfrekvenciás, garantált szolgáltatás - pontossága az OS-hez hasonló 3. Kereskedelmi szolgáltatások (CS): - több frekvencia, előfizetési díj - értéknövelt szolgáltatások, pl. fázismérés, DGPS, 2012.05.18. ionoszféra-modell
22
A globális műholdas helymeghatározó rendszerek közeljövőre tervezett technikai fejlődése A GALILEO tervezett szolgáltatásai:
4. Kormányzati ellenőrzésű közbiztonsági szolgáltatás (PRS): - pontos, zavarvédett, megbízható - két titkosított jel, ellenőrzött vevőkészülékértékesítés 5. Kereső és mentő szolgáltatás (SAR): - Cospat-Sarsat egységekkel 2012.05.18.
23
Helymeghatározáson alapuló alkalmazások Alapjai: Alapjai - pozíció-meghatározás egy onatkoztatási rendszerben - térképes illesztés Fő típusai: típusai - Felhasználó pontos pozíciójának meghatározása - Navigációs szolgáltatások - Helyfüggő információk szolgáltatása
2012.05.18.
24
A helymeghatározáson alapuló szolgáltatások jelene • járműkövetés • geodéziai mérések, a tektonikus táblák mozgásának megfigyelése • populációk élettereinek felmérése • légi és tengeri navigáció
gépjárművek navigációja - a megtett útvonal utólagos 2012.05.18. kielemzése
25
A helymeghatározáson alapuló szolgáltatások jelene Például: Előnyök szállítmányozás szempontjából: A lehetőség van adattárolási funkcióra, mely rögzíti a gépjármű mozgását pontos helyzet meghatározással, állás - és indulás idejét, megtett utat, menetidőt, átlag sebességét és minden olyan jelet, amire szükség lehet, így pld. hűtőtér hőmérséglet figyelés, átlag üzemanyag fogyasztás stb... ► Lehetőség van külön operátori terminál kihelyezésére, mellyel a cégvezetők bármikor megnézhetik a gépkocsik pillanatnyi helyzetét valamint útvonal tervet készíthetnek ezzel elősegítik a logisztikai tervezést. ► Lehetőség van egy PDA elhelyezésére a gépjárműben, mellyel önálló navigáció, útvonaltervezés valósítható meg. Ezen berendezés memória kártyájára rögzíthető a vevő által 2012.05.18. 26 megrendelt GPS térkép. ►
A helymeghatározáson alapuló szolgáltatások jelene Ellenőrzés mobil telefonon keresztül SMS-el: Az ügyfél által meghatározott telefonról elküldött - POS GFT 582 - parancs hatására a rendszer elküldi SMS-ben az ellenőrzött gépjármű helyzetét és sebességét: pl. Budapesti út /Felsőhatár
út/Budaörs/ (10 m, D) - (46 km/h)
2012.05.18.
Ellenőrzés saját számítógépről térképi megjelenítéssel: Az ügyfél a saját számítógépéről ellenőrizni tudja gépjárműveit. A járművek pillanatnyi pozíciója közvetlenül térképen jelenik meg. 27
Potenciális K&F lehetőségek a jövő helymeghatározás-alapú szolgáltatásainak területén - Felhasználó pontos pozíciójának meghatározása többaspektusú szemantikus lokációs információ származtatása eltérő helymeghatározási módszerek alapján - Navigációs szolgáltatások játékelmélet alkalmazása navigációs feladatokra, kooperatív játékok felhasználása flottamenedzselésre - Helyfüggő információk szolgáltatása pozíciófüggő szolgáltatás-felfedezés Pl.: étterem keresése, mely:
2012.05.18.
- 5 km-en belül van - vasárnap nyitva van - gulyás szerepel az étlapon
28
