01 01 01 01 01 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 Ympäristötiedon keruu MAA-C2001 luento 4: GNSS-geodesia Martin Vermeer 000000 111111 000000 111111 1 / 41
Sisältö: Luentoteksti http://users.aalto.fi/~mvermeer/geobook.pdf luku 11 Mitä on GPS/GNSS; satelliitit, järjestelmät, signaalit Havaintosuureet Vastaanotinteknologia, ilmakehä mittauksen geometria, DOP-arvot Satelliittiradat Globaalinen infrastruktuuri 2 / 41
DECCA ja hyperboliset järjestelmät Kartalla on piirretty kahdella eri värillä hyperboleja, käyriä joiden pisteiden etäisyysero masterilta ja eräältä slavelta on vakio. Esim. punaisille hyperboleille pätee s r s m = vakio ja sinisille hyperboleille s b s m = vakio. Millä hetkellä tahansa voi laitteen antaman kahden lane-numeron (kokonaisluku) ja jäännösvaihe-eron murtoluvun [0, 2π) avulla saada omaa paikkaa luetuksi merikartalta, jossa hyperbolit on piirretty valmiiksi. 3 / 41
GPS/GNSS, satelliitteja GPS, GLONASS, Galileo 4 / 41
GPS-järjestelmän lohkot eli segmentit 5 / 41
GPS-konstellaatio Radat ja satelliittien paikat ovat realistisia maapallon suhteen. Nimelliskonstellaatio: 24 + 3 active spares. Todellisuudessa > 30, kun vanhentuneet satelliitit eivät suostu kuolemaan 6 / 41
Satelliittien radat Satelliitit ovat kuudessa eri ratatasossa, jokaisessa tasossa on neljä satelliittia (GLONASS: kolme tasoa, kahdeksan satelliittia). Ratojen korkeus Maan pinnalta on 20200 km. Kiertoaika maapallon ympäri on 11 h 58 m, eli maapallon pyörähdettyä kerran akselinsa ympäri (23 h 56 m ) satelliitit näkyvät taas samassa paikassa taivaalla. GPS-satelliittigeometria toistuu joka päivä 4 minuuttia aikaisemmin, koska siviilivuorokauden pituus on 4 minuuttia pitempi kuin Maan pyörähdysaika (GLONASS: 11 h 15 m, eli kahdeksassa päivässä 17 kierrosta). Ratatason kaltevuus eli inklinaatio on i = 55 (GLONASS: 64,8). 7 / 41
Satelliittisignaalin koodit GPS-satelliittien lähettämiin kantoaaltoihin moduloidaan kaksi ns. pseudosatunnaiskoodia: C/A koodi ja P-koodi. Lisäksi vielä navigaatioviesti (jonka sisällä broadcast ephemeris ja almanakkatiedot). Lyhennys Nimi Modulaatiotaajuus Toistojakso Kantoaalto C/A Coarse / Acquisition 1,023 Mb/s 1 ms L 1 P Precise / Protected 10,23 Mb/s 1 viikko L 1, L 2 Y P:n ja salaisen 10,23 Mb/s L 1, L 2 W-koodin yhdistelmä - Navigaatioviesti 50 bittiä/s jatkuva L 1, L 2 8 / 41
Koodien korrelaatio Kaikki satellitit käyttävät samoja kantoaaltotaajuuksia ja vastaanotin erottaa ne toisistaan niiden erilaisten sormenjäljen eli pseudosatunnaiskoodien Ratkaisun nimi on CDMA, Code Division Multiple Access. Satelliittisignaalissa oleva koodi 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 Vastaanottimen generoima, sama koodi 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 t Korrelaation tuottama aikaviive Korrelaatiomenetelmällä etsitään satelliitin signaalin ja vastaanottimen generoiman replikan välistä aikasiirtymää t, joka tekisi niistä identtisiksi. Oikea t-arvo synnyttää vahvan korrelaation, kuvion samanlaisuuden eli vastaavuuden. Saatu arvo on GPS:n mittaussuure. 9 / 41
GNSS, mittausgeometria Origo, Maan massakeskipiste Z R X GPS-vastaanotin Havaintoyhtälö on r Y ρ GPS-satelliitti Tunnettuja nav-viestistä: r = [ x y z ] T Tuntemattomia: satelliitin paikka t satelliitin kellovirhe R = [ X Y X ] T havaitsijan paikka T vastaanottimen kello p = ρ + c ( t T ) + d ion + d trop, missä r = R + eρ, ρ = r R = (x X ) 2 + (y Y ) 2 + (z Z) 2. 10 / 41
Kantoaaltovaiheen mittaus φ Kanto- Taajuus Aallon- Kerroin 1 aalto (MHz) pituus (cm) L 1 1575,42 19,0 154 L 2 1227,60 24,4 120 P = λ ( ) φ/2π N Kantoaallon vaiheen havaintoyhtälö (vaihekulmana, radiaaneissa) [ ] ρ + c ( t T ) + Dion + D trop φ = 2π + N λ tai (matkana metreissä) P λ φ 2π = ρ + c ( t T ) + D ion + D trop + λn. 1 Perustaajuuden (10,23 MHz:n) monikko 11 / 41
Ambiguiteetti Vaihemittaukseen liittyy aina ambiguiteettiongelma. Mitatusta arvosta vain osalla välillä [0, 2π) on merkitystä. Pseudo-etäisyys satelliittin ja vastaanottimen välillä saadaan kokonaislukua vailla. Jos tietty pseudoetäisyys P on yhteensopiva aallonpituudella λ tehdyn mittauksen kanssa, niin ovat myös P + λ, P λ, P + 2λ, P 2λ,... Ylläolevissa kaavoissa ambiguiteetti on N. Sen ratkaiseminen on varsinainen palapeli. Mahdollinen λ1-ratkaisu Yhteinen ratkaisu λ1 01 000 111 000 111 000 111 000 111 0011 0011 000 111 00 11 00 11 000 111 00 11 2 3 00 11 00 11 00 110 1 01 00 110 1 2-3 1100 1100 4 1100 1 00 11 110011 00 11 1a00 11 00 11 Etsintäalue Etsintäalue (Esim. koodipaikannus) 1-2 3-4 Liike 1b 1a -> 1b 1a-2a 01 000 111 000 1110 1 1100 2a00 11 00 11 2a -> 2b Liike 2b Yhteinen ratkaisu λ2 Yhteinen ratkaisu Mahdollinen λ2-ratkaisu 12 / 41
Ionosfäärin ja troposfäärin vaikutus Ionosfääri Ionosfääri on dispersiivinen, taitekerroin riippuu taajuudesta ja on erilainen vaiheelle (n p ) ja modulaatioille (n g ): n p = 1 C f 2, C = 40,3n e m3 /s 2, n g = d (n pf ) df = 1 + C f 2, C sama. Aika Ryhmä Vaihe (Kulkunopeus tyhjiössä) Aaltopaketin kulku dispersiivisessä väliaineessa, vaihe- ja ryhmänopeus. Kantoaalto kulkee vaihenopeudella, modulaatiot myös GPS-signaalin PRN-koodit kulkevat ryhmänopeudella. 13 / 41
Ionosfäärin ja troposfäärin vaikutus Troposfääri Troposfääri ei ole dispersiivinen, mutta siellä merkittävä on vesihöyryn rooli: N M = 10 6 (n M 1) = 77,624 K /hpa T (p e)+ 64,70 K /hpa T ( 1 + 5748 K T missä e on vesihöyryn osapaine, p kokonaisilmanpaine, ja siis p e kuivan troposfäärin osapaine. Vesihöyryn vaikutus on n. 18 kuivan ilman vaikutusta Ilmiön takana on vesimolekyylin poolisuus (http://fi.wikipedia.org/wiki/poolisuus) mikä tekee myös mikroaaltouunista kelpo ruuanlaittovälineen. Koska ilmanpaine p voidaan myös mitata suoraan ilmapuntarilla, antaa tämä oiva mahdollisuus, yhdistämällä tietoja, määrittää paljonko vesihöyryä on GPS-mittausaseman yläpuolella olevassa ilmapatsaassa. Saatava suure on nimeltään total precipitable water vapour, yksikkö mm. Se on ilmatieteen suuren kiinnostuksen kohteena. ) e. 14 / 41
DOP, Dilution of Precision Suosittu GPS-havaintogeometrian laadun mitta on DOP, Dilution of Precision eli tarkkuuden laimennus. Suurempi DOP-luku merkitsee huonompi mittausgeometria! Lyhenne Nimi Kuvattu suure GDOP Geometric DOP Paikka+aika PDOP Position DOP Paikka HDOP Horizontal DOP Vaakasijainti VDOP Vertical DOP Korkeus TDOP Time DOP Aika DOP antaa vain kuvan GPS-satelliittien geometrian roolista mittaustulosten lopullisessa tarkkuudessa. Muut tekijät, kuten itse vastaanottimen ja antennin tekninen suorituskyky ym., pitää tarkastella erikseen. 15 / 41
DOP:n laskenta (1) Linearisoidut havaintoyhtälöt ovat (i satelliitin numero, A i atsimuti, η i elevaatio) p (i) = [ cos A i cos η i sin A i cos η i sin η i c ] josta rakennematriisi cos A 1 cos η 1 sin A 1 cos η 1 sin η 1 c cos A 2 cos η 2 sin A 2 cos η 2 sin η 2 c A =.... cos A i cos η i sin A i cos η i sin η i c..... cos A n cos η n sin A n cos η n sin η n c X Y Z T, 16 / 41
DOP:n laskenta (2) Tästä saa painokerroinmatriisi ] 1 = Q = [ A T A q xx q xy q xz q xt q yx q yy q yz q yt q zx q zy q zz q zt q tx q ty q tz q tt. Tämä on skaalattu tuntemattomien vektorin eli ratkaisun varianssimatriisi: Σ xx = σ 2 0 Q = σ2 0 x = X Y Z T q xx q xy q xz q xt q yx q yy q yz q yt q zx q zy q zz q zt q tx q ty q tz q tt 17 / 41
DOP:n laskenta (3)... tässä vakio σ0 2 kutsutaan painoyksikön varianssiksi. Sen neliöjuuri, painoyksikon keskivirhe, on yhden havaintosuuren, siis yhden havaitun pseudoetäisyyden, vakioksi oletettu, keskivirhe. Koordinaattiratkaisun varianssimatriisi on yo.matriisin 3 3 alamatriisi Σ rr : Σ rr = σ0 2 q xx q xy q xz q yx q yy q yz q zx q zy q zz DOP-suureet lasketaan suoraan painokerroinmatriisista Q: PDOP = q xx + q yy + q zz, HDOP = q xx + q yy, VDOP = q zz, TDOP = q tt,. GDOP = q xx + q yy + q zz + q tt. 18 / 41
DOP:n tulkinta Koordinaattikeskivirheet saadaan matriisin päälävistäjäalkioiden neliöjuureina: σ X = σ 0 qxx, σ Y = σ 0 qyy, σ Z = σ 0 qzz. Tuttu pistekeskivirhe tasossa liittyy nyt suoraan HDOP-suureeseen: tarkkuus }{{} σ P laiteteknologia ym. σ 2X + σ2y = }{{} σ 0 geometria }{{} HDOP. 19 / 41
DOP:n graanen esitys Koordinaattivarianssimatriisia voidaan graasesti esittää 3D virhe-ellipsoidina. Virhe-ellipsoidi mittauspisteen ympärillä kuvaa koordinaattien epävarmuutta. Vastaava DOP-ellipsoidi saadaan jättämällä vakio σ 0 pois; se on muuten saman muotoinen kuin virhe-ellipsoidi mutta erikokoinen. σ0 σ0 DOP-ellipsoidi Z X Y Virhe-ellipsoidi 1 Virhe-ellipsoidi 2 20 / 41
GPS-antenni (1) Kupu (muovi) Ristidipoli Choke rings Esivahvistin Coax antennikaapeli Jalustan kiinnitys (ruuvikierre) Ns. choke ring -GPS-antenni tarkkaan geodeettiseen työhön. Laitevalmistajien toimittamat antennit ovat yksinkertaisempia ja ennen kaikkea pienempiä ja kevyempiä, ja nykyisin jopa parempia. GPS-aallot ovat sirkulaarisesti polarisoituja oikeaanpäin eli kulkusuunnassa myötäpäivään; heijastuksessa polarisaatiosuunta vaihtuu vasempaan päin. Antenni (kuvassa esimerkkinä ristidipoli) on rakennettu välittämään vain oikeaanpäin polarisoitua signaalia eteenpäin vastaanottimelle. Myös antennin vaimennusrenkaat (kuva) lieventävät ongelmaa. 21 / 41
GPS-antenni (2) Antennilla on tärkeä rooli tarkassa GNSS-mittauksessa: 1. Monitie (multipath): heijastuksia maan pinnasta tai lähellä olevista kohteista, esim. rakennuksista kaupunkiympäristössä. Antenni suunnittellaan ongelman minimoimiseksi. 2. Antennin sähköinen keskus, piste, missä radioaallot näennäisesti vastaanotetaan, ei ole sama kuin antennin virallinen vertauspiste (ARP, Antenna Reference Point). Se ei ole edes yksiselitteisesti määritetty. Siksi kalibroidaan antennityypit, tai jopa antenniyksilöt, tarkkaa työtä varten. Rajakulma 30 B A Rajakulma 15 Ristidipolin keskus Sähköinen keskipiste Antennin vertauspiste Näennäinen A Näennäinen B Todellinen paikka 22 / 41
Ohjeistus: 1. Paikallisissa GNSS-mittauksissa on parasta ja yksinkertaisinta käyttää vain yksi antennityyppi 2. Kuitenkin jokaisella mittauspisteellä on antenni suunnattava huolellisesti pohjoiseen, kompassin avulla 3. Äläkä unohda mitata antennin korkeus mitattavasta pisteestä! Tavallisesti mitataan antennin reunasta ja lasketaan Antenna Reference Point ARP:n pystykorkeus Pythagoraan avulla. 23 / 41
Softavastaanottimia Tämä on kuuma trendi: nykyläppärit pystyvät jo melkein suorittamaan sitä digitaalista käsittelytyötä jota nykyvastaanottimissa tehdään rautatasolla, jopa kaksitaajuuslaitteissa. Silloin tarvitaan yleis-pc:n lisäksi vain tyhmä analoginen radiolaite antenneineen. 24 / 41
RINEX-formaatti, avoin ja laiteriippumaton 25 / 41
Tosiaikainen paikannus (RTK) RTK-menetelmän toimintaperiaate. Hyperbolinen menetelmä, vrt. DECCA! Reaaliaikainen kantoaallon vaihemittaus eli RTK (Real-Time Kinematic). Hyvä tarkkuus mutta vain lyhyellä matkalla. Mittaus on aloitettava käymällä tunnetulla pisteellä, ja lopetettavakin tunnetuun pisteeseen, varmuuden vuoksi. Signaaliyhteys satelliitteihin pitää säilyä mittauksen aikana. Mitattujen välipisteiden koordinaatit saadaan suhteessa näihin tunnetuihin pisteisiin. 26 / 41
SBAS-järjestelmiä Satellite Based Augmentation Systems, myös Wide Area DGPS (WADGPS). Käyttävät geostationaarisia satelliitteja GPS-dierentiaalikorjausten jakelemiseksi. Maailmanlaajuisesti on olemassa kolme keskenaan yhteensopivaa järjestelmää: WAAS (Wide Area Augmentation Service, Yhdysvallat) EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) MSAS (japanilainen). MSAS 36000 km WAAS EGNOS 27 / 41
Tosiaikaisia verkkopalveluja Suomessa VRSnet Geotrim Oy:n ylläpitämä, aluksi Maanmittauslaitoksen käyttöön suunniteltu, tosiaikainen kinemaattinen paikannus (RTK) verkkomoodissa, osoite http://vrsnet.fi. Tekniikka kutsutaan VRS-RTK eli Virtual Reference Station RTK. Jokaiselle käyttäjälle perustetaan laskennallisesti virtuaalinen tukiasema hänen lähellä, johon generoidaan RTCM-SC104-standardin formaattissa olevaa korjausdataa. Verkko kattaa koko Suomea yli 80 asemalla ja tukee myös GLONASSin käyttöä. Korjauksia jakellaan kaupallisesti mobiilin Internetin kautta. SmartNet Leica Oy:n ylläpitämä tosiaikaisen kinemaattisen paikannuksen (RTK) tukiverkko, http://www.smartnet-eu.com/. Tekniikka on muuten sama kuin VRSnetin. Suomessa on tällä hetkellä n. 60 tukiasemaa. 28 / 41
RTK:n käytöstä runko- ja kartoitusmittauksessa Julkisen Hallinnon Suositus (JHS) 184:n ohjeen mukaisesti tätä tekniikkaa voidaan käyttää kartoitus- ja alemman luokan runkomittauksissa tietyin ehdoin 2. Molemman tukiasemaverkon asemilla on tarkat EUREF-FIN koordinaatit, ja myös asemien RINEX-dataa talletetaan jälkilaskentaa varten staattisen mittauksen yhteydessä. 2 http: //docs.jhs-suositukset.fi/jhs-suositukset/jhs184/jhs184.pdf 29 / 41
GNSS ja ilma-alusten käyttö (1) Käyttöalueita Fotogrammetria: geodeettisen GNSS:n käyttö kuvausalustan tarkaksi paikantamiseksi, jo lennon aikana, on rutiinia. Yleensä integroidaan GNSS inertiamittauslaitteen (IMU:n) kanssa, joka seuraa lentokoneen asennon muutoksia ja interpoloi GNSS-järjestelmän rataa 3D-avaruuden läpi. Näin poistuu tai vähenee kiintopisteiden (GCP, Ground Control Points) tarve. Ilmalaserkeilaus: sama asia kuin fotogrammetriassa. Geofysikaalinen mittaus ilmasta: mittaukset voivat käyttää mitä sähkömagneettista anturia tahansa, myös tutkaa tai magnetometria, tai mitataan gammasäteilyä kalliopohjasta. Ilmapainovoimamittaus: tässä GNSS:n rooli on olennaisesti aktiivisempaa: se mittaa alustan geometriset kiihtyvyydet jotka on poistettava mitatuista kiihtyvyysarvoista. Painovoimakartoitusta ilmasta on käytetty laajasti 1990-luvulta lähtien; sillä kartoitettiin Grönlannin painovoimakenttaa (ja tutkalla kalliopohjaa). 30 / 41
GNSS ja ilma-alusten käyttö (2) Käytön edellytyksiä, esimerkkejä I GNSS:n käyttö ilma-aluksen paikantamiseen edellyttää mittausalueen lähellä olevan tukiaseman tai -verkon käyttöä parhaan tarkkuuden aikaansaamiseksi. I Aina tarvitaan myös asennonmittaus, kun halutaan rekonstruoida, ei vaan anturin paikan kuvais- tai havaintohetkellä, vain myös sen asennon: fotogrammetrian tapauksessa koko sen ulkoisen orientoinnin. Tämä taas mahdollistaa se, että jo lennon aikana saadaan selville, mistä paikasta Maan pinnalla joku tietty havainto oikeasti tuli, eli georeferointi. 31 / 41
Satelliittien ratalaskenta GPS-satelliitin rata Maan painovoimakentässä on likimain Keplerin lakien mukainen ellipsi. Käytännössä se on lähes ympyrä, jonka säde on 26 560 km, ja kiertoaika 11 h 58 m. Ratatasojen kaltevuus päiväntasaajaan nähden (inklinaatio) on i = 55, mitä merkitsee, että Suomen leveysasteella GPS-satelliitit eivät koskaan kulje zeniitin läpi tai pääse edes zeniitin lähelle. Kuitenkin suuren korkeutensa ansiosta satelliitit näkyvät myös pohjoisnavan yli pohjoisella taivaanpuoliskolla, vaikkakin hyvin matalalla. N Pohjois- napa E Zeniitti W S 32 / 41
Suorakulmaiset rata-elementit Satelliittirataa kuvaa kuusi rata-alkiota, vaikkapa kolme paikkakomponenttia r (t 0) = x (t 0) i + y (t 0) j + z (t 0) k = x (t 0) y (t 0) z (t 0) ja kolme nopeuskomponenttia ṙ (t 0) = ẋ (t 0) i + ẏ (t 0) j + ż (t 0) k = ẋ (t 0) ẏ (t 0) ż (t 0) tietyllä hetkellä t 0, käyttäen Newtonin pistenotaatio aikaderivaatalle, ja {i, j, k} on ortonormaalinen kanta. Näistä voi laskea paikan ja nopeuden r (t) = x (t) i + y (t) j + z (t) k, ṙ (t) = ẋ (t) i + ẏ (t) j + ż (t) k, jollekin myöhemmälle hetkelle t, vain laskemalla pieni askel kerrallaan eteenpäin ajassa korjaamalla nopeuden gravitaatiokaavan, ja paikan nopeuden avulla. Maan vetovoimahän on tunnettu paikan funktio. 33 / 41
Keplerin rata-alkiot Satelliittiradan tapauksessa annetaan yleensä kuusi radan geometriaa kuvaavaa ns. Keplerin alkiota 3 Ω, i, ω, a, e ja ν. Yksityiskohdat antaa [Poutanen, 1998] s. 97. Kepler-alkioiden ja yllä kuvatun paikka- ja nopeusvektoriesitystavan välillä on suora matemaattinen vastavuus: Kepler : Ω, i, ω, a, e, ν r, ṙ. Annetuista Kepler-alkioista voidaan laskea satelliitin paikka avaruudessa sekä sen nopeus. Kaikki GPS-laskentaohjelmistot suorittavat tämän laskutoimituksen, jotta GPS-satelliittejä voitaisiin käyttää tunnetuissa paikoissa olevina majakkoina Maan pinnalla olevan GPS-vastaanottimen paikantamiseksi. 3 Siis jokaisella satelliitilla on kuusi Kepler-alkiota jotka kuvaavat sen satelliitin radan muotoa ja sijaintia, sekä satelliitin paikkaa radallaan, avaruudessa. 34 / 41
Rata-alkiot graasesti E z (Napa) ν Liike Maan gravitaatiokentässä Apogeum a b ω Perigeum Uusi paikka r(t) Uusi nopeus ṙ(t) ṙ(t 0) Nopeus Perigeum y ea r(t 0) Paikka Satelliitti x ν Ω θ ω i Nouseva solmu Ω Maan x pyörähdysliike x Kevättasauspiste (Greenwich) Apogeum 35 / 41
Navigaatioviesti (1) Kaikki GPS-satelliitit lähettävät navigaatioviestin, ns. navigation message, radiosignaalin kantoaaltoon moduloituna. Nav-viestin modulaatiotaajuus on 50 Hz: se sisältää 50 bittiä sekunnissa. Koko nav-viesti koostuu 25 paketista (frames) joista jokainen sisältää 1500 bittiä ja kestää 30 sekuntia. Näin ollen kokonaispituus on 37500 bittiä ja lähetyksen kesto on 12,5 minuuttia. Kun GPS-vastaanotin kytketään päälle ensimmäistä kertaa, alkaa satelliittien etsiminen. Heti kun ensimmäinen satelliitti on saatu kiinni (lock-on), alkaa nav-viestin lukeminen. Lock-on voi kestää useita minuutteja, etenkin jos vastaanottimelle syötetty likimääräinen paikka on pahasti pielessä tai laite on kuljetettu mantereelta toiseen. Sen jälkeen muiden satelliittien löytäminen käy nopeasti. Navigaatioviesti ladataan satelliitteihin valvontalohkon toimesta säännöllisin välein, tyypillisesti kerran vuorokaudessa. Sen jälkeen tiedot ovat GPS-satelliittien signaalin osana kaikkien GPS-käyttäjien käytettävissä. 36 / 41
Navigaatioviesti (2) Navigaatioviesti koostuu kolmesta osasta: 1. ajanpitoon liittyvät tiedot kuten satelliittien kellokorjaukset; satelliittien terveystiedot eli kuinka laadukkaita satelliittien lähettämät paikannussignaali ja ratatiedot ovat; nav-viestin tuoreus 2. kaikkien satelliitien ratatiedot (broadcast ephemeris). Ne perustuvat viiden amerikkalaisten sotilasviranomaisten seuranta-aseman jatkuvasti tuottamaan havaintoaineistoon. Havainnoista lasketut kaikkien satelliittien rata-alkiot ladataan satelliittien muistiin valvontalohkon toimesta typillisesti kerran vuorokaudessa. Satelliitit lähettävät ne radiosignaaliin moduloituina bittivirtana kaikkien käyttäjien käyttöön. Broadcast ephemeris käytetään navigointisovelluksissa ja tosiaikaisessa paikannuksessa. Se on kätevää käyttää myös GPS-maanmittauksessa ja relatiivisessa paikannuksessa suhteellisen pienillä alueilla. 3. kaikkien satelliitien almanakka. Almanakka antaa kaikista satelliiteista likimääräiset ratatiedot, jotka riittävät mm. mittauskampanjoitten suunnitteluun tai auttavat vastaanotinta löytämään satelliitteja. Almanakan voimassaolo on monta viikkoja. Almanakka sisältää myös karkean globaalin ionosfäärimallin. 37 / 41
Tarkat ratatiedot Precise ephemeris eli tarkat ratatiedot saadaan jälkeenpäin Internetin kautta. Ratatiedot tulevat kolmena paikkavektorikomponenttina, (x (t i ), y (t i ), z (t i )) jokaiselle epookille t i, ja optionaalisesti kolme nopeusvektorikomponenttia, (ẋ (t i ), ẏ (t i ), ż (t i )). Tiedot on taulukoituna 15 minuutin aikavälein, eli t i+1 t i = 15 m. Näistä interpoloidaan satelliitin paikkaa r (t) ja nopeutta ṙ (t) mittaushetkellä t Lagrange-interpolaation avulla. Lisäksi löytyy kellon käyttäytymistä kuvaavat ja tietojen tarkkuuteen liittyvät tiedot ynnä muuta. Vuodesta 1992 lähtien International GNSS Service (IGS) on julkaissut tarkkoja ratatietoja parin viikon viiveellä. Jakelu tapahtuu Internetitse. Viime aikana myös rapid orbits ja ultra-rapid orbits kiireellisiin tai tosiaikaisiin sovelluksiin, kuten sääennustus. Precise ephemeris kuvaavat satelliittien todelliset radat, missä olivat avaruudessa. Broadcast ephemeris ovat ennusteita ja siksi epätarkkoja. 38 / 41
2010 Nov 09 17:26:59 International GNSS Service International GNSS Service (IGS) on IAG:n palvelu, jonka päätavoitteena on tuottaa tarkkoja ratatietoja geodynamiikan (kiinteän maan liikkeiden) tutkimuksen tueksi. Kuitenkin sen tuotteet käytetään paljon laajemmin. 180 90 150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180 90 60 60 30 30 0 0 30 30 60 60 90 180 150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 90 180 IGS:n toimintaa johtaa Central Bureau @JPL (Jet Propulsion Laboratory) Yhdysvalloissa. Vuonna 2015 IGS käytti maailmanlaajuisesti noin 500 GPS-aseman havaintoja rataennusteittensa laskemiseksi. Luku on kasvanut vain hitaasti viime vuosien aikana. Ratalaskennan suorittaa seitsemän eri laskentakeskusta; tiedot on käytettävissä pari viikkoa mittausajankohdan jälkeen. Lasketaan myös satelliittien kellokorjausparametrit ja Maan pyörähdysliikkeen parametrit (EOP, Earth Orientation Parameters) eli napaliike ja vuorokauden pituuden vaihtelut. IGS:n Central Bureau Information Service: http://igscb.jpl.nasa.gov. 39 / 41
Yhteenveto, kysymyksiä Tänään puhuttiin seuraavista asioista: Mitä on GPS/GNSS; satelliitit, järjestelmät, signaalit Havaintosuureet: koodit, kantoaalto Vastaanotinteknologia, ilmakehä mittauksen geometria, DOP-arvot Satelliittiradat, efemeriidit Globaalinen infrastruktuuri, IGS 40 / 41
Kirjallisuuus JUHTA (2012). JHS184. Kiintopistemittaus EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmässä. WWW-sivu, Julkisen hallinnon tietohallinnon neuvottelukunta. URL: http://www.jhs-suositukset.fi/web/guest/jhs/ recommendations/184/full, avattu 20. maaliskuuta 2015. Poutanen, M. (1998). GPS-paikanmääritys. Ursa, Helsinki. Ursan julkaisuja 64. 41 / 41