- PDF Ilmainen lataus

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Markku.Poutanen@fgi.fi"

Minna Myllymäki
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Global Navigation Satellite Systems GNSS Kirjallisuutta Poutanen: GPS paikanmääritys, Ursa HUOM: osin vanhentunut, ajantasaistukseen luennolla ilmoitettava materiaali (erit. suomalaiset koordinaatistot) Hofmann-Wellenhof Lichtenegger Wasle: GNSS Global Navigation Satellite Systems. Springer Leick: GPS Satellite Surveying (3rd edition). Wiley &Sons Hofmann-Wellenhof Lichtenegger Collins: GPS Theory and Practice. (5th edition) Springer Teunissen Kleusberg (Eds.) GPS for geodesy. Springer. 1

(erit. suomalaiset koordinaatistot) Hofmann-Wellenhof Lichtenegger Wasle: GNSS Global Navigation Satellite Systems.

2 Kurssin sisältö 2

3 3

4 4. GPS-signaali 4.1 Signaalin rakenne 4.2 Havaintosuureet Koodipseudoetäisyys Vaihepseudoetäisyys 4.3 Ionosfäärirefraktio 4.4 Troposfäärirefraktio Hopfieldin malli Saastamoisen malli Niellin malli ja muut troposfäärimallit 4.5 Monitieheijastuminen 4.6 Antennin vaihekeskipisteen paikka 4.7 Suhteellisuusteoreettiset efektit 4.8 Vastaanottimen aiheuttamia virheitä 5 Vastaanottimet ja antennit 5.1 Rakenne 5.2 Signaalin havaitseminen 6 Havaintosuureet ja havaintoyhtälöiden muodostaminen 6.1 Tavallisimmat lineaarikombinaatiot 6.2 Vaihe- ja koodipseudoetäisyyden kombinaatioita 6.3 Erotushavainnot Yksinkertainen erotushavainto Kaksoiserotushavainto Kolmoiserotushavainto 6.4 Korrelaatiot verkkoratkaisuissa 6.5 Havaintoyhtälöiden linearisointi Koodipseudoetäisyyden linearisointi Vaihepseudoetäisyyden linearisointi Kaksoiserotushavaintojen linearisointi 6.6 DOP 4

8 Vastaanottimen aiheuttamia virheitä 5 Vastaanottimet ja antennit 5.1 Rakenne 5.2 Signaalin havaitseminen 6 Havaintosuureet ja havaintoyhtälöiden muodostaminen 6.

5 7. Havaintoyhtälöiden käsittely 7.1 Pienimmän neliösumman ratkaisu 7.2 Vaihekatko ja sen korjaaminen 7.3 Kokonaistuntemattomien ratkaiseminen 8. GPS-mittaukset 8.1 Mittausmoodit 8.2 Absoluuttinen paikannus 8.3 Differentiaalinen paikannus, DGPS 8.4 Ajan määritys 8.5 Kinemaattinen mittaus 8.6 Staattinen suhteellinen mittaus Havaintokampanjan suunnittelusta Pisteen perustaminen Vastaanottimien sijoittelu Havaitsemisesta 9. Havaintojen käsittely 9.1 Esikäsittely ja eri dataformaatit RINEX-formaatti Vektoreiden määrittely Datatiedostojen valmistelu 9.2 Rataelementit ja lähtöpisteiden koordinaatit 9.3 Datan siistiminen 9.4 Parametrien estimointi 9.5 Ratkaisujen yhdistäminen, tasoituslaskenta ja virhekontrolli 9.6 Muunnokset toisiin järjestelmiin 10. Sovelluksia 5

6.3 Vastaanottimien sijoittelu 8.6.4 Havaitsemisesta 9. Havaintojen käsittely 9.1 Esikäsittely ja eri dataformaatit 9.1.1 RINEX-formaatti 9.1.2 Vektoreiden määrittely 9.1.3 Datatiedostojen valmistelu 9.

6 GNSS Global Navigation Satellite Systems GPS (Global Positioning System) GLONASS (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) Galileo Compass GPS yhdysvaltalainen navigointisatelliittijärjestelmä metritarkkuinen reaaliaikainen paikannus, erityssovelluksissa millimetrit Alunperin sotilaskäyttöön kehitetty; nykyisin lukuisia siviilisovelluksia, satelliitteja

navigointisatelliittijärjestelmä metritarkkuinen reaaliaikainen paikannus,

7 Galileo eurooppalainen paikannusjärjestelmä metritarkkuinen reaaliaikainen paikannus; erityssovelluksissa millimetrit Euroopan komission (EC) ja Euroopan avaruusjärjestön (ESA) yhteinen hanke Ensimmäinen testisatelliitti v valmis 2012(?? todennäk ?) Lopullinen satelliittien määrä 30 GLONASS venäläinen sotilaallinen paikannusjärjestelmä metritarkkuinen reaaliaikainen paikannus; erityssovelluksissa millimetrit Lopullinen satelliittien määrä 24 Valmis

2006 valmis 2012(?? todennäk. 2013-2014?

8 GPS ja Galileo Paikannus (navigointi) (GPS, Galileo) Nopeus (GPS, Galileo) Aika (GPS, Galileo) Etsintä ja pelastus (Galileo) Kaksisuuntainen kommunikointi (Galileo) Tarkkuusmittaukset, meteorologia, ionosfääritutkimus,...(gps, Galileo) 8

(Galileo) Kaksisuuntainen kommunikointi (Galileo)

9 GPS-satelliittien radat Satelliitteja 27-30, Radan säde km, Inklinaatio 55 Kiertoaika ½ tähtivuorokautta Helsinki keski-eurooppa GNSS:n tarkkuus 10 m 1 m Navigointi; koodi; yksi vastaanotin DGPS; koodi + tukiasema 0.1 m 0.01 m RTK; vaihehavainnot + tukiasema Staattinen; vaihehavainnot, verkko, jälkilaskenta 0.001m Pysyvät asemat; aikasarjat, muutokset 9

koodi; yksi vastaanotin DGPS; koodi + tukiasema 0.1 m 0.

10 1 2/1/2010 Kuinka paikannus tehdään? Signaalin kulkuajan perusteella (koodietäisyys; kantoaaltoon moduloidut koodit) Laskemalla kantoaallon vaiheesta (vaihe-etäisyys) Tarvitaan vähintäin 4 satelliittia Pseudoetäisyys L ( N ) c t ion trop... N1 ion trop TEC 2 f p, T, e 10

moduloidut koodit) Laskemalla kantoaallon vaiheesta

11 Tärkeimmät virhelähteet Radat Ionosfääri Troposfääri Monitieheijastukset yms. ympäristötekijät Havaitsija / datan käsittelijä Ionosfääri Troposfääri X Y Z t 11

12 Aika ennen satelliitteja mannertenväliset mittaukset ongelmallisia ei kokonaiskuvaa maasta; muodon, massakeskipisteen,... määritys vaikeaa paikallisia verkkoja klassiset menetelmät Avaruusgeodesian menetelmät GNSS (GPS, GLONASS, Galileo ) Halpa, yleinen, koordinaatit, liikunnot, aika, Satelliittilaser (SLR) Koordinaatiston origo, satelliittien radat, liikunnot Geo-VLBI Koordinaatiston orientointi, Maan asento, skaala Painovoimasatelliitit Maan muoto, painovoimakenttä, geoidi Satelliittialtimetria Merenpinan korkeus, ajalliset muutokset 12

koordinaatit, liikunnot, aika, Satelliittilaser (SLR) Koordinaatiston origo, satelliittien radat, liikunnot Geo-VLBI Koordinaatiston

sisärakenne Painovoimamuutokset Korkeusjärjestelmät

13 Avaruusgeodesian menetelmät VLBI SLR GNSS Globaalit vertausjärjestelmät BGI Maankuoren liikkeet Maannousu Maan sisärakenne Painovoimamuutokset Korkeusjärjestelmät Paikalliset koordinaatistot GNSS SLR VLBI GPS IGS SLR ILRS VLBI IVS 13

14 Satelliittimittaukset GPS on mullistanut geodeettiset mittaukset: Nopeus Tarkkuus Sääriippumattomuus Pasi Häkli Satelliittilaser (SLR) Metsähovissa vuodesta

2004 aloitettiin geodeettiset VLBI-havainnot Metsähovissa Maan asento avaruudessa Pyörimisakselin suunta

15 Geodeettinen VLBI kaikkein fundamentaalisin menetelmä koordinaatistojen luonnissa ja ylläpidossa Maan asento, yhteys inertiaalikoordinaatiston ja terrestrisen koordinaatiston välille v aloitettiin geodeettiset VLBI-havainnot Metsähovissa Maan asento avaruudessa Pyörimisakselin suunta (prekessio, nutaatio, napavariaatio) Pyörimisnopeuden vaihtelut (UT1) Tarvitaan esim. GNSS-havainnoissa Geo-VLBI korvaamaton 15

16 Painovoimasatelliitit CHAMP 2000 Grace 2002 GOCE 2008 (?) Metsähovin geodeettinen asema Korkeuden peruspiste 2007 GPS maailmanverkossa Satelliittilaser Geodeettinen VLBI Painovoimamittaukset

peruspiste 2007 GPS maailmanverkossa 1991-

17 NGOS Nordic Geodetic Observing System Eri havaintomenetelmien yhdistäminen Absoluuttipainovoimapisteet (kolmiot), Pohjoismainen pysyvä GPS-verkko (kärki-kolmiot) Mareografit (ympyrät). Maailmanlaajuinen verkko: GGOS, Global Geodetic Observing System 17

pysyvä GPS-verkko (kärki-kolmiot) Mareografit (ympyrät).

18 Geodesian kolme peruspilaria 18

Samankaltaiset tiedostot

Signaalien taajuusalueet

Signaalien taajuusalueet 1420 MHz H 2 GPS: kaksi taajuutta, tulevaisuudessa kolme Galileo: useita taajuuksia Kuinka paikannus tehdään? Kantoaalto kahdella taajuudella L1 = 1575.42 MHz = 19.0 cm L2 = 1227.60