Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Geodetická observatoř Pecný __________________________________________________________________________________
Permanentní GNSS stanice pro sledování systému Galileo – pro projekt IGS – MGEX Dokumentace funkčního vzorku
Jakub Kostelecký
Popisovaný funkční vzorek byl vytvořen s finanční podporou Technologické agentury, program BETA, v rámci projektu TB01CUZK006 „Implementace národní geodetické infrastruktury pro výzkumné a vývojové potřeby v českém rezortu zeměměřictví a katastru a v rámci mezinárodního projektu „Globální geodetický observační systém“ (GGOS)“.
__________________________________________________________________________________ Ondřejov, červen 2012
Úvod Popisovaný funkční vzorek vznikl v rámci rozšíření fundamentální GNSS stanice Pecný o observace navigačního systému Galileo, který byl realizován v rámci projektu „Implementace národní geodetické infrastruktury pro výzkumné a vývojové potřeby v českém rezortu zeměměřictví a katastru a v rámci mezinárodního projektu „Globální geodetický observační systém“ (GGOS)“ programu BETA Technologické agentury České republiky, jehož gestorem je Český úřad zeměměřický a katastrální. Cílem je zřídit na Geodetické observatoři Pecný permanentní GNSS stanici, která bude schopna pořizovat měření z navigačních systémů GPS NAVSTAR, GLONASS, SBAS a nového systému Galileo a odesílat je do datových center projektu MGEX.
Projekt MGEX Projekt MGEX (Multi-GNSS Experiment) byl vyhlášen v polovině roku 2011 Mezinárodní GNSS službou (International GNSS Service – IGS) pro zřízení experimentální sítě permanentních GNSS stanic, které budou uzpůsobeny pro pořizování dat z nových navigačních systémů – především Galileo, ale též systém QZSS (Japonsko) a systém COMPASS – BeiDou (Čína) – a bude vytvořen a otestován přenos nových dat pomocí nové verze formátu RINEX (Receiver Independent EXchange) 3.00 nebo 3.01. Na podzim roku 2011 bylo IGS vyhlášeno období podávání přihlášek k účasti na projektu MGEX. Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. podal přihlášku na zřízení testovací GNSS stanice pro příjem nových signálů systému Galileo včetně zajištění odesílání dat do datových center (které se též přihlašovaly a vybíraly). Na konci ledna 2012 byla přihláška VÚGTK, v.v.i. akceptována řídícím výborem projektu MGEX a bylo nutno urychleně vyřešit způsob pořizování a odesílání dat.
Řešený problém Dosavadní permanentní GNSS stanice GOPE stejně jako dalších 8 stanic Výzkumné a experimentální sítě pro observace s GNSS – VESOG, které jsou spravovány operačním centrem na Geodetické observatoři Pecný – poskytuje data podle schématu na obr. 1.
2
Obr. 1 – schéma získávání a odesílání dat s využitím staničního počítače Při této konfiguraci je přijímač připojen ke staničnímu počítači. GNSS přijímač je ovládán pomocí firemního software, který je spuštěn na staničním počítači, a naměřená data v reálném čase posílá přijímač do firemního software, který zajišťuje jejich uložení do souborů na disk. Dále je na staničním počítači instalován software AUTOGEN, který je spouštěn operačním systémem Windows ve stanovených intervalech a který data uložená v souborech na disku konvertuje do formátu RINEX verze 2.11 pomocí interní procedury OBSRINEX. K datům ve formátu RINEX jsou připojena meteorologická data konvertovaná do formátu Meteo RINEX, která byla získána stažením souborů z meteo počítače, kde vznikají z měření meteorologických čidel ukládaných do souborů pomocí software LOGSENS. Připravené soubory ve formě balíčku RINEX 2.11 zašle staniční počítač pomocí protokolu FTP či SCP na server operačního centra. Přijatý balíček dat je pomocí programu PMAINDAT spouštěného v pravidelných intervalech operačním systémem Linux rozdělen na jednotlivé RINEXy, je provedena kontrola úplnosti a pomocí interní procedury OBSRINEX jsou vytvořeny nové soubory ve formátu RINEX, které jsou specifické podle toho, do jakého datového centra resp. do které služby/projektu jsou následně zaslány – např. do Permanentní sítě EUREF jsou zasílány Compact RINEX soubory s intervalem záznamu 30 sekund, které jsou komprimované pomocí programu compress a mají pojmenování stanovené předpisem IGS, kdežto např. do sítě CZEPOS jsou zasílány RINEX soubory s intervalem záznamu 1 sekunda, které jsou komprimované pomocí programu PKZIP a jsou pojmenované dle zvyklostí sítě CZEPOS. Pro IGS projekt MGEX je potřeba realizovat několik odlišností od zavedené konfigurace: a) GNSS přijímač vhodný pro projekt, který je schopen přijímat i signály družic Galileo, vytváří přímo soubory měřených dat ve formátu RINEX 2.11. b) GNSS přijímač je schopen soubory odeslat pomocí protokolu FTP přímo na server operačního centra. 3
c) Soubor ve formátu RINEX 2.11 je nutno konvertovat do formátu RINEX 3.01. d) Jelikož není nutný staniční počítač, je nutno zajistit, aby meteorologická data byla k dispozici na serveru operačního centra pro tvorbu balíčku RINEX dat.
Popis funkčního vzorku Funkční vzorek permanentní GNSS stanice pro projekt MGEX je realizace permanentní GNSS stanice s přihlédnutím k odlišnostem od zavedené konfigurace. Konfigurace permanentní GNSS stanice pro projekt MGEX je na obr. 2.
Obr. 2 – schéma získávání a odesílání dat bez staničního počítače GNSS přijímač zasílá soubory ve formátu RINEX 2.11 komprimované programem PKZIP pomocí protokolu FTP do zvláštního adresáře na serveru operačního centra. Pravidelně spouštěný program PMAINDAT je rozbalí, pomocí přepracované procedury OBSRINEX převede z formátu RINEX 2.11 na RINEX 3.01 a pomocí nově naprogramované procedury NAVRINEX převede i navigační soubory ve formátu RINEX. Díky novému programu METRNX, který je pravidelně spouštěn operačním systémem na Meteo počítači, jsou na server operačního centra posílána meteodata ve formátu Meteo RINEX. Program PMAINDAT je připojí ke zpracovávaným datům z přijímače. Spojená data jsou následně odeslána do datových center projektu MGEX.
4
Dokumentace realizace Tato část popisuje detaily realizovaného funkčního vzorku. Pro pořizování dat pro projekt MGEX byl v roce 2011 pořízen nový GNSS přijímač Leica GRX1200+GNSS v.č. 496604 – viz obr. 3 – a anténa Leica AR25 rev. 4 v.č. 725071 se sférickým krytem LEIT a s individuálně určenými absolutními polohami fázových center firmou Geo++ ze dne 6.6.2011.
Obr. 3 – přijímač Leica GRX1200+GNSS Anténa je umístěna na západní nucené centraci na jižním pilíři na střeše hlavní budovy Geodetické observatoře Pecný – viz obr. 4. V rámci IGS projektu MGEX je stanice označena kódem GOP6. Anténa je spojena s přijímačem pomocí vysokofrekvenčního kabelu o délce 30 m. Signál je dále veden přes dělič signálu, což umožňuje k anténě připojit další GNSS přijímače. Konstrukce antény a její předzesilovač umožňuje přijímat signály následujících navigačních systémů: - GPS NAVSTAR na frekvencích L1, L2 a L5, - GLONASS na frekvencích L1 a L2, - Galileo na frekvencích E1, E5a, E5b a AltBOC, - SBAS na frekvencích L1 a L5, - QZSS na frekvencích L1 a L5, - COMPASS na dvou frekvencích. 5
Obr. 4 – anténa Leica AR25 rev. 4 se sférickým krytem LEIT na stanici GOP6 Přijímač je napájen přes zdroj ze zálohovaného přívodu elektrické energie. Přijímač je dále připojen do chráněné (proxy) lokální počítačové sítě observatoře. Nastavování přijímače a kontrola měření je prováděna pomocí webového rozhraní přijímače. Přijímač zpracovává signály navigačních systémů: - GPS NAVSTAR na frekvencích L1, L2 a L5, - GLONASS na frekvencích L1 a L2, - Galileo na frekvencích E1, E5a, E5b a AltBOC, - SBAS na frekvenci L1. Přijímač pořizuje soubory ve formátu RINEX 2.11 komprimované metodou PKZIP s intervalem záznamu 1 sekunda a délkou 15 minut a pro zálohování též data v binárním formátu Leica s intervalem záznamu 1 sekunda a délkou 15 minut. Dále přijímač vytváří real-time data ve formátu RTCM 2.3, RTCM 3 a v binárním formátu Leica LB2. Všechna data jsou odesílána přes počítačovou síť: post-procesingové soubory jsou zasílány protokolem FTP na server operačního centra na počítači gopoc, real-time data jsou odesílána protokolem NTRIP (modifikovaný protokol HTTP) na NTRIP caster VESOG. Post-procesing soubory jsou na serveru operačního centra zpracovávány. Soubory binárních dat jsou komprimovány programem PKZIP a připraveny k archivování. Soubory ve formátu RINEX 2.11 jsou pomocí programu PMAINDAT rozbaleny. Z původních 15 minutových souborů jsou vytvořeny dva typy výstupů: - soubor ve formátu RINEX 2.11 s intervalem záznamu 1 sekunda, 6
- soubor ve formátu RINEX 3.01 s intervalem záznamu 1 sekunda. Soubory s délkou 1 hodina vznikají složením souborů o délce 15 minut. Jsou vytvářeny tři typy výstupů: - soubor ve formátu RINEX 2.11 s intervalem záznamu 30 sekund, - soubor ve formátu RINEX 2.11 s intervalem záznamu 1 sekunda, který slouží pro archivaci, - soubor ve formátu RINEX 3.01 s intervalem záznamu 30 sekund. Celodenní soubory vznikají složením hodinových souborů. Jsou vytvářeny dva typy výstupů: - soubor ve formátu RINEX 2.11 s intervalem záznamu 30 sekund, - soubor ve formátu RINEX 3.01 s intervalem záznamu 30 sekund. Ke každému zpracovávanému post-procesing souboru (15 min, hodina, den) je programem METRNX na Meteo počítači vytvářen a zasílán do operačního centra soubor meteorologických dat ve formátu Meteo RINEX. Tento soubor program PMAINDAT připojuje k ostatním datům ve formátu RINEX. Vytvořené soubory jsou odesílány do datových center projektu MGEX. Pro stanici GOP6 byla přiřazena tři datová centra: 1) CDDIS, NASA, USA, kam jsou zasílány denní, hodinové a 15 minutové soubory ve formátu RINEX 3.01, 2) BKG, Frankfurt n.M., Německo, kam jsou zasílány denní, hodinové a 15 minutové soubory ve formátu RINEX 3.01, 3) IGN, Paříž, Francie, kam jsou zasílány denní, hodinové a 15 minutové soubory ve formátu RINEX 3.01 a do jiného adresáře též denní, hodinové a 15 minutové soubory ve formátu RINEX 2.11
Obr. 5 – schéma toku real-time dat Tok real-time dat je zobrazen na obr. 5. Real-time data jsou z přijímače zasílány na NTRIP caster VESOG. Data ve formátu RTCM 2.3 jsou zasílána na mountpoint GOP60, data ve formátu RTCM 3 na 7
mountpoint GOP61 a binární data LB2 na GOP62. Pro projekt MGEX jsou požadováno zasílání pouze real-time binárních dat LB2 na NTRIP caster projektu MGEX v BKG, Frankfurt n.M., Německo. To je na NTRIP casteru VESOG zařízeno pomocí programu COPYstream pro kopírování real-time dat z casteru VESOG na NTRIP caster BKG.
Závěr Realizací funkčního vzorku podle požadavků projektu MGEX byly splněny požadavky pro zařazení stanice GOP6 do tohoto projektu IGS. Vzorek byl vyzkoušen během provozu stanice GOP6 od února do června 2012, zkouška proběhla bez funkčních závad. Jediným problémem, který ovlivnil měření, je kapacita paměťového media v přijímači, což vedlo k optimalizaci množství dat zálohovaných v přijímači v období posledních 4 dní. Funkční vzorek zajišťuje měření signálů nového navigačního systému Galileo na Geodetické observatoři Pecný pomocí moderní GNSS aparatury Leica GRX1200+GNSS, která produkuje data ve formátu RINEX 2.11 a upravený program PMAINDAT – zejména interní procedura OBSRINEX – zajišťuje převod dat z formátu RINEX 2.11 na požadovaný formát RINEX 3.01.
8
