PPP-RTK a hálózati RTK jövője? Horváth Tamás FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium Penc
Rédey Szeminárium, BME, 2006. április 6., Budapest 1
Tartalom • • • •
Emlékeztető Mérés-tér, állapot-tér PPP PPP-RTK
2
Emlékeztető • Az abszolút GNSS helymeghatározást terhelő hibaforrások • A hagyományos RTK korlátai • Hálózati RTK eljárások
3
Méréstér-modellezés • Mérés-tér = Observation Space • A relatív módszer (DGNSS, RTK) jellemzője • A hibák hatásának meghatározását tekinti alapfeladatnak (és nem a hibaforrások modellezését) • A kód- ill. fáziskorrekciók a GNSS méréseket terhelő hibák összesített hatását tudják csak kimutatni • Kis területre korlátozódik a felhasználhatóság • Másodpercenkénti adattovábbítás → nagy sávszélesség igény • Mérés-tér megvalósítás/ábrázolás = Observation Space Representation (pl. RINEX, DGNSS, RTK, VRS, FKP, MAC)
4
Állapottér-modellezés • Állapot-tér = State Space • Az abszolút helymeghatározás jellemzője • A GNSS méréseket terhelő hibaforrások modellezését tekinti alapfeladatnak • Állapot-tér Modell = modell algoritmusok + modell paraméterek • Modellparaméterek = ismeretlen paraméterek állapotvektora + variancia/kovariancia mátrix • Sokkal pontosabban írja le a GNSS mérések valódi fizikai hátterét • Jobban szétválaszthatóak a hasonló hatású hibaforrások
5
Állapottér-modellezés 2. • Az egyes hibaforrások (paraméterek) változásának sebessége különböző: A paraméterek dinamikája Műhold óra max. 10 s Műhold pálya 3h Ionoszféra 10 s – 10 m Troposzféra 2h
6
Állapottér-modellezés 3. • Az egyes hibaforrások (paraméterek) változásának megfelelő gyakoriságú az adattovábbítás Adattovábbítás gyakorisága és érvényessége Műhold óra néhány s globális Műhold pálya 10-30 m globális Ionoszféra 10 s – 10 m globális/regionális Troposzféra néhány m regionális • Állapot-tér megvalósítás minimális sávszélességet igényel: 200-300 bps, függetlenül a felhasználók számától! • Szemben a Mérés-tér megvalósítás sávszélesség igényével: >=2400 bps/felhasználó (RTCM RTK) 7
Állapottér-modellezés 4. • Extrapoláció → sokkal ritkább referenciaállomás hálózattal ugyanazt az eredményt lehet elérni • Az állapotvektor és a variancia/kovariancia mátrix átadása lehetővé teszi hálózatok szabatos kombinációját • Hierarchikus hálózatok, hálózatok együttműködése • Állapot-tér megvalósítás/ábrázolás = State Space Representation (pl. SBAS, PPP, PPP-RTK) • Nagy területet (kontinentális, globális megoldás) lehet ellátni ugyanazon állapotvektorral → Műholdas sugárzás • A legjobb lenne közvetlenül a GNSS holdakról küldeni az állapotvektort, e felé haladunk, de eltarthat akár 6-10 évig is! 8
PPP • PPP = Precise Point Positioning (Precíz Abszolút Helymeghatározás ) • Pl.: NASA JPL (GDGPS), NRCan, Fugro (OmniStar XP), NavCom (StarFire) • Különbségképzés nélküli, két(több)frekvenciás mérési mennyiségek • Globális referenciaállomás-hálózatra támaszkodik (kb. 5070 állomás) • Referenciaállomás korrekciók helyett precíz műhold pályaadatok és órakorrekciók (állapot információk) továbbítása valós időben • A vevő órahibát és a troposzféra hatását becsülni kell 9
PPP 2. • Az ionoszféra hatását az ionoszféra mentes lineáris kombináció felhasználásával küszöbölik ki (kétfrekvenciás rover vevők) = α1⋅ Φ + α ⋅Φ (L1) (L1) 2 (L 2) iono −free 2 f1 − f1⋅ f 2 α1 = ≈ 2.546 α = ≈ −1.984 2 2 2 2 2 f1 − f 2 f1 − f 2
Φ
• Elvész a ciklus-többértelműség egész szám jellege • Hosszú konvergencia idő (20-45 min), Kálmán szűrő • Deciméteres pontosság globálisan
10
PPP-RTK • PPP-RTK = RTK Hálózatra Támaszkodó Precíz Abszolút Helymeghatározás • Pl.: Geo++ GNSMART Æ GNSS–SMART = State Monitoring And Representation Technique • Cél: megőrizni a ciklus-többértelműség egész szám jellegét (RTK) → cm-es pontosság • Nem alkalmaz lineáris kombinációt • Az atmoszférikus hibákat is modellezi, állapotinformációval rendelkezik az ionoszférára és a troposzférára is • Sűrűbb hálózat szükséges, mint a PPP esetén • A teljes állapotinformáció továbbításra kész • Inicializálás néhány másodperc alatt 11
PPP-RTK 2. • Geo++ GNSMART által alkalmazott előzetes korrekciók: – Műhold phase wind-up – Abszolút műhold antenna PCV – Állomás mozgás: árapály hatása (szilárd kéreg, pólus, óceán), atmoszféra nyomása, helyi mozgások – Relativisztikus korrekciók – Magasabb rendű ionoszféra korrekciók – Abszolút vevő antenna PCV
12
PPP-RTK 3. • Geo++ GNSMART által becsült állapot paraméterek: Paraméter
Funkcionális és Sztochasztikus modell
Műhold órahiba
Eltérés a broadcast órától, Dinamikus másodfokú polinom + fehér zaj
Műhold oldali jelkésés Konstans + fehér zaj (csoportkésés) Eltérés a broadcast pályaelemektől (3D hibák), GaussMűhold pályahiba Markov folyamat
Ionoszféra hatása
3 lépcsős modell:
Troposzféra hatása
Niell troposzféra modell + 3 lépcsős modell a maradékhibákra:
- Dinamikus 1 vagy többrétegű modell, 2D polinom vagy gömbharmonikusok - Műhold függő dinamikus eltérések - 3D Gauss-Markov folyamat a maradékhibákra
- Dinamikus modell, 3D polinom vagy gömbharmonikusok - Dinamikus ferdeségi szorzó javítás alacsony magassági szögre - Dinamikus állomásfüggő zenitkésés paraméterek
13
PPP-RTK 4. Paraméter
Funkcionális és Sztochasztikus modell
Multipath (opcionális) Ciklustöbbértelműség Vevő koordináták (opcionális) Vevő órahiba Vevő oldali jelkésés (csoportkésés)
Magassági szög- ill. SNR-függő súlyozás Konstans Statikus vagy kinematikus az ismeretlen állomásokra Fehér zaj Konstans + fehér zaj
• Hálózat kiegyenlítés: Kálmán szűrő
14
PPP-RTK 5. • Miért nem terjedt el eddig a valós idejű PPP és a PPPRTK? – Ugyanazokat a modell algoritmusokat kell a hálózati kiegyenlítéskor és a rover helymeghatározásakor használni – Szabványban kell rögzíteni a modell algoritmusokat – Szabványos formában kell az állapotvektor egyes elemeit továbbítanI – A szabványosítás közismerten nagyon hosszadalmas folyamat
15
• Az előadáshoz felhasznált irodalom elérhető az Interneten: www.geopp.com
16
Köszönöm a figyelmet!
[email protected] www.gpsnet.hu www.sgo.fomi.hu
17
