A DGPS ( angol differenciális globális helymeghatározó rendszer ) vagy SDK GNSS (globális navigációs műholdrendszerek differenciális korrekciójának rendszerei) az orosz nyelvű szakirodalomban ugyanúgy megtalálható, mint az FD SRNS (műholdas rádiónavigációs rendszerek funkcionális kiegészítései) az angol nyelvű szakirodalomban. GNSS augmentációként található .
Differenciálkorrekciós rendszerek - a GNSS -jelek pontosságának javítására szolgáló rendszeramely a vevő által a műholdakra mért pszeudo-tartományok korrekciójából áll, kívülről, megbízható mérőről (bázis- vagy referenciaállomásról) kapott korrekciókkal. Ebben az esetben a légköri torzulások és az efemerisz hibák is kompenzálódnak. A módszer azon a feltételezésen alapul, hogy a különböző hibaforrások befolyása a mérési eredményekre mind az alap, mind a mobil vevő (rover) esetében azonos, azaz a korrelált hibák tulajdonságait alkalmazzuk, és differenciált megközelítést alkalmazunk a mérési eredményekre. határozza meg a hatékony korrekciók területét. Ez a terület szigorúan helyi, és bármilyen feltétel korlátozza [1] .
Funkcionális kiegészítések – Hardver- és szoftverkészlet, amelyet a szabványos SRNS-jelen alapuló navigációs meghatározások pontosságának javítására terveztek. Ezen szisztematikus hibák (az ún. differenciális korrekciók) értékeinek hardveres módszerekkel vagy számítással történő kézhezvétele után lehetőség van a fogyasztó berendezésében megvalósítani a navigációs definíciók főbb szisztematikus hibáinak kompenzációját, figyelembe véve azokat a navigációs adatfeldolgozó algoritmusok [2] .
Bármely DGPS rendszer rögzített földi referenciaállomások hálózatát használja a GNSS vevő fázisközéppontjának előre meghatározott koordinátáival, hogy meghatározza az ismert és a GPS műholdrendszer által meghatározott koordináták közötti hibát. A referenciaállomás korrekciós üzenetet generál , amely mindenekelőtt fázismegfigyeléseket tartalmaz a bázison, és szükség esetén egyéb információkat is az átviteli formátum verziójától függően (újraszámítási kulcsok, EVI stb.). A rover és/vagy a speciális szoftver, miután megkapta ezt az információt, kiszámítja a differenciális korrekciókat saját helyére és idejére, majd továbbítja azokat a felhasználónak. A navigációs korrekcióknak többféle felhasználása (bevezetése) létezik: fázis (kvázi-differenciális és differenciális) és EVI ( efemerisz-idő információ ). Eltérnek a kapott mérések pontosságában és a megszerzésükre fordított időben.
Így az utófeldolgozásos módok (utófeldolgozás, utólagos adatfeldolgozás) a legnagyobb pontosság elérését teszik lehetővé centiméter alatti határokon belül, de az adatok gyűjtése és feldolgozása jelentős időt igényel. A precíz pontpozicionálás (PPP) nagy pontosságú efemeridi adatok beszerzését és a műholdórák korrekcióit foglalja magában (egy naptól – „gyors” efemerisz, legfeljebb két hétig – „végső” efemeridiák).
A DGPS vagy DGNSS a bázisállomás utófeldolgozási kinematikai (PPK) és valós idejű kinematikai (RTK) koordinátáinak meghatározására szolgáló fázismódszerekre, valamint kommunikációs műholdakat használó módszerekre is utal .
Az RTK [3] és az SBAS módszerrel sokkal kevesebb időt kell eltölteni – valójában a munka valós időben is elvégezhető, és a kapott korrekciók körülbelül 1 cm pontosságot érnek el tervben és 2 cm magasságban. .
Amikor a GPS-t bevezették, az amerikai hadsereg aggódott amiatt, hogy az ellenséges erők globálisan elérhető GPS-jeleket használhatnak. Kezdetben a kormány úgy gondolta, hogy a "durva vétel" (C/A) jel csak körülbelül 100 méteres pontosságot ad, de a vevőegységek továbbfejlesztésével a tényleges pontosság 20 és 30 méter között volt [4] . 1990 márciusa [5] óta pedig az ilyen "váratlan" pontosság elkerülése érdekében az L1 frekvencián (1575,42 MHz) továbbított C/A jelet szándékosan lerontották (durvították) úgy, hogy az órajel frekvenciáját kb. 100 méter távolság a talajon. Ez a „Selective Availability” vagy C/A néven ismert módszer súlyosan rontotta a GPS-jel minőségét a nem katonai felhasználók számára. A pontosabb meghatározás a 2. L2 frekvencia (1227,6 MHz) használatával volt lehetséges, amely viszont csak a dekódoló kulccsal rendelkező jogosult felhasználók számára volt elérhető.
Ami problémát okozott a civil felhasználók számára. A kormány többször elutasította a GNSS békés célú felhasználását. Ennek oka a C / A jel alacsony pontossága. Nemcsak magának a GPS-rendszernek, hanem a polgári szolgálatok által használt földi rádiónavigációs rendszereknek (Loran, VOR és NDB) a megtérülése is felmerült. Amelyek karbantartása évente több millió dollárba került, és túl drága volt, de a C/A jelhez képest biztosította a szükséges pontosságot. A globális navigációs műholdrendszerhez (GNSS) való hozzáférés kis költséggel jelentősen növelheti a pontosságot és a teljesítményt, de a katonai osztályok továbbra is erősen ellenezték biztonsági okokból.
Az 1980-as évek elején számos civil ügynökség dolgozott ki megoldást a „C/A problémára”. Amennyire a C/A jel lassan változott, a megoldás az volt, hogy a 100 m-es jeleltolási zóna viszonylag fix volt, és lokális koordináta-rendszert alkotott (ha az eltolás "100m keletre" volt, akkor ez az eltolás elég széles területen igaz). Ennek az eltolásnak a helyi GPS-vevőkre történő sugárzása kiküszöbölheti a "C/A hatásokat", és az eredményeket közelebb hozhatja a körülbelül 15 méteres elméleti GPS-teljesítményhez. Ezen kívül a GPS-rögzítés másik jelentős hibaforrása az ionoszférában jelentkező rádiójel-átviteli késleltetésekhez köthető, amelyeket földi állomások is mérhetnek, és továbbítással korrigálhatnak. Ez 5 méterrel növeli a pontosságot, és előre meghatározta a DGPS továbbfejlesztését. A tengerészeti osztályok számára már hagyományosan csak tervezett helyzetben oldották meg a problémát, mert a tengerszint feletti (!) magassági jelzések nem annyira fontosak. [6] .
Az amerikai parti őrség a DGPS-rendszer egyik agresszívabb támogatója volt, és az 1980-as évek végén és az 1990-es évek elején egyre szélesebb körben kísérletezett a rendszerrel. Ezeket a jeleket tengeri hosszúhullámú frekvenciákon sugározták, amelyeket rádiótelefonokon lehetett fogni és GPS-vevőkre továbbítani. Szinte minden nagyobb GPS-gyártó kínált DGPS-bemenettel rendelkező eszközöket, nemcsak USCG-jelekhez, hanem repülőgép-eszközökhöz is a VHF vagy kereskedelmi AM sávon.
A DGPS-információkat tartalmazó rádiójelek korlátozott terjesztése 1996-ban kezdődött a legtöbb amerikai kikötőben, és a kanadai parti őrséggel együttműködve gyorsan bővült. Tervek születtek a rendszer kiterjesztésére az Egyesült Államokban, de ez nem volt könnyű. A DGPS korrekciók minősége a távolság növekedésével romlott, és a nagy területeket lefedni képes nagy adók általában a városok közelében csoportosultak. Ez azt jelentette, hogy az alacsonyabb népességű területeken, különösen Közép-Nyugaton és Alaszkában, kevés a földi GPS-lefedettség.
A 90-es évek közepére világossá vált, hogy a jeldurvító rendszer már nem tudja betölteni a rábízott szerepet. A DGPS hatástalanná tette, pontosan ott, ahol a legnagyobb szükség volt rá. Ezenkívül az Öböl-háború tapasztalatai azt mutatták, hogy a polgári vevőkészülékek amerikai csapatok általi széles körű használata azt jelentette, hogy a C/A bekapcsolva tartása több kárt okoz, mint használ [7] . 2000-ben, évekig tartó nyomás után a C/A-t Bill Clinton elnök végrehajtó utasítására végleg letiltották [8] . A C/A leállás idejére a DGPS a GNSS rendszerek szerves részévé vált szerte a világon, segítve a különféle hibák kiküszöbölését. Ide tartoznak az ionoszférikus hatások, a műhold-efemerisz adatok hibái és a műhold óraeltolódása. A DGPS korrekciós jelben továbbított adatmennyiségtől függően a pozíciópontosság 10 cm-nél kisebb is lehet.
A 90-es évek közepén a differenciálkorrekciós módszerek kifejlesztésében a stafétabotot a repülési ipar vette át. Az Egyesült Államok Közlekedési Minisztériuma (DOT) és a Szövetségi Légiközlekedési Hatóság (FAA) megbízásából a szövetségi rádiónavigációs program részeként 1994-től elindították a WAAS rendszert, amelyet úgy terveztek, hogy a szövetségi légiközlekedési hivatal (FAA) teljesítményéhez hasonló teljesítményt nyújtson. műszeres leszállórendszer [9] .
A 2000-es évek elején általános repülési jelzést indítottak, amely az Egyesült Államok 95%-át és Alaszka egy részét fedi le, és legalább 100 méteres pontosságot kínál.
A 2000-es évek végére az alabamai székhelyű Hickok & Associates lett az első WAAS rendszerű helikopter fejlesztő. [10] [11] [12] Az FAA pedig jóváhagyta a rendszerrel felszerelt repülőgépekre vonatkozó előírásokat. Kicsit később, az infrastruktúra kialakítása után a nagyobb hajókat elkezdték felszerelni vevőkészülékekkel [13] , így első, WAAS-t használó, Portland-Seattle of Horizon Air repülésüket a Bombardier Q400 készítette. Az űralapú rendszerek, mint például a WAAS, hasonló pontosságot kínálnak, mint az USCG földi DGPS hálózatok.
2013 novemberében az MDGPS (Maritime DGPS) hálózat 85 sugárzóhelyből állt, amelyek kettős lefedettséget biztosítanak szinte az Egyesült Államok teljes partvidékére és a belvízi hajózásra, beleértve Alaszkát, Hawaiit és Puerto Ricót. Ezenkívül a rendszer egyszeres vagy kettős lefedettséget biztosít az Egyesült Államok belsejének nagy részére. [tizennégy]
Az MDGPS (Maritime DGPS) hálózat csak az Egyesült Államok mindkét partjának parti vizein, a Nagy Tavak régióban és a Mississippi belvízi útjain működött, és az US Coast Guard (USCG) üzemeltette. Miután csatlakozott az Egyesült Államok Közlekedési Minisztériumának projektjéhez, a Szövetségi Autópálya-felügyelettel, a Szövetségi Vasúti Igazgatósággal és a Nemzeti Geodéziai Szolgálattal együtt, a hálózat NDGPS (Nationwide DGPS) néven vált ismertté. Ez a rendszer a korábbi tengeri DGPS kiterjesztése az Egyesült Államok egész kontinentális területére, és az Egyesült Államok parti őrsége továbbra is az Egyesült Államok nemzeti DGPS-hálózatának fenntartásáért felelős elsődleges ügynökség. A központosított parancsnoki és irányító egység a virginiai Alexandriában található USCG Navigációs Központ. Az Egyesült Államok Belbiztonsági Minisztériumának navigációs központja lett az NDGPS adminisztrátora. [tizenöt]
2015-ben az USCG és az USACE észrevételeket kért az USA DGPS tervezett fokozatos megszüntetésével és a földi sugárzásról a műholdas rendszerekre való átállással kapcsolatban. 2016-ban bejelentették, hogy 46 állomás továbbra is működik, és „elérhető lesz a tengeri és tengerparti régiók felhasználói számára”. E döntés ellenére az USACE leállította 7 létesítményét, és 2018 márciusában az USCG bejelentette, hogy 2020-ig leállítja a többi állomást [16] [17] [18] .
A GPS helymeghatározási pontosság általában 2 és 10 méter között van . Ez nem elegendő speciális mérési munkák elvégzéséhez.
A navigációs definíciók pontosságának javításának radikális módja a differenciál mód. Lényege abban rejlik, hogy a rendszer navigációs mezőjében néhány hibát kiküszöböl, amelyek a helyi területeken (2000 km-ig) erősen korrelálnak. A DGPS rendszert úgy tervezték, hogy módszertől függően 1 méterről több centiméterre javítsa a koordináták meghatározásának pontosságát.
Minden földi DGPS rendszer rendeltetésük szerint navigációra (navigációs feladatok ellátása) és geodéziai (geodéziai feladatok ellátására) van felosztva. A navigációs rendszerek mérőt (1-5 méter pontossággal a differenciálrendszer lefedettségi területén), geodetikus - decimétert és centimétert biztosítanak. Az előbbiek általában földrajzi (gömbi) koordinátarendszerben végzik a munkát. A második téglalap alakú metrikában. Az űrrendszerek lehetővé teszik a navigációs problémák geodéziai pontosságú megoldását.
Az összes DGPS-módszer közös problémája, hogy szinte az összes kompenzált hiba tér függvényében változik. Emiatt a DGPS pontossága a referenciaállomástól való távolság növekedésével csökken, a probléma súlyosbodhat, ha a felhasználó és az állomás nem rendelkezik elegendő "közös konstellációval/plejáddal" - amikor nem látja ugyanazokat a műholdakat.
A differenciálkorrekció minden módszerének jelentős hátránya a referenciapont koordinátái. Ennek a pontnak a koordinátáinak hibái teljesen beleszámítanak a meghatározandó pontok koordinátáiba, vagyis a teljes kidolgozott rendszer eltolódik [19] .
A vezérlő és korrekciós állomáson (CCS) történő adatgyűjtéskor a bemeneti információ: műholdjelek megfigyelései, a troposzféra állapotának megfigyelései, a vevőberendezés helyére és a berendezés kalibrálására vonatkozó adatok. Az eredmény: PD mérések (térbeli adatok) GPS C/A-kód jelek alapján, különbségmérés GPS L1/L2 jelek alapján, SV-k navigációs adatai, RP mérések az SV S/A-kóddal ellátott jelei alapján, SV navigációs adatok, troposzférikus adatok, antennák fázisközéppontjainak koordinátái, L1/L2 jelek alapján végzett különbségmérés eltolásai, adatok a kimeneti információ formázásához.
A CCS-en az ionoszférikus korrekciók meghatározásakor az L1/L2 jelek alapján végzett különbségméréseket, az L1/L2 jelek alapján a különbségmérés eltolásait, az antenna fázisközéppontjainak koordinátáit, az NSC navigációs adatokat és az ionoszférikus adatrács meghatározását használják. Ennek eredményeként a kimenet olyan adat, amelyet továbbítanak a megfelelő differenciális korrekciók generálásához.
A KKS-n az űrhajó pályái paramétereinek meghatározásakor és finomítása során a következőket használják: TP mérések C / A kóddal rendelkező jelekből, különbség mérések L1 / L2 jelekből, műhold navigációs adatai, troposzférikus adatok, antenna koordinátái fázisközpontok, az L1 / L2 jelekből származó offset mérések, valamint a tervezett manőverek és az NKA adatok. Ennek eredményeként adatokat kapunk: a műhold pályáját, az efemerisz üzenetet és az almanachot. Ugyanezt a bemeneti adatot használják a pályaparaméterek korrekciójának és a műhold „órájának” időkorrekciójának meghatározására.
Az eredmény: hosszú és rövid távú korrekciók, ezen korrekciók hibáinak becslése 99,9 valószínűséggel, ennek a becslésnek igazolt romlási tényezője, valamint a PD meghatározás előre jelzett szórása. [húsz]
A következő tényezők befolyásolják az objektum helyének meghatározásával kapcsolatos navigációs probléma megoldásának pontosságát:
A geometriai tényező a műholdas rendszerek egyik jellemző jellemzője. A pontok helyének meghatározása egy térbeli lineáris bemetszés alapján az, hogy a koordináta-meghatározások eredő pontossága nemcsak az elvégzett távolságmérések pontosságától függ, hanem a megfigyelt műholdak elhelyezkedésének geometriájától is [21] ] .
Az ionoszférikus hiba a jelút mentén a teljes elektrontartalomtól (TEC) függ, amely befolyásolja a rádiójelek terjedési sebességét, értékeik 5-50 m közötti értékre becsülhetők. különféle kozmikus sugárzások, és mindenekelőtt a Nap ultraibolya sugárzásának hatása. Az ilyen besugárzás hatására az elektromosan semleges levegőmolekulák és atomok ionizálódnak, azaz szabad elektronokká és elektromosan töltött ionokká bomlanak. Az ionoszférikus hibákat általában pszeudotartomány-korrekcióvá alakítják át. A műholdas mérések geodéziai alkalmazásában a két L1 és L2 vivőfrekvencia használatán alapuló, az ionoszféra hatásának figyelembevételének módszere vált a legelterjedtebbé. A 25 km távolságra elhelyezett vevőkészülékeknél az ionoszférikus függőleges késleltetések különbsége elérheti a 0,1-0,2 m-t. A differenciálkorrekció elvégzése után a zenit közelében lévő műholdak tipikus maradványhibája körülbelül 0,1-0,2 m közötti távolságban körülbelül 100 km-es pontok [22] .
A troposzférikus hiba a levegő sűrűségprofiljától függ a jelút mentén, és körülbelül 2,1 m, és csak a nyomástól függ, míg a nedves komponens értéke néhány cm-től 0,4 m-ig változhat, és főként a páratartalomtól függ. A zenitről ferde irányokba haladva a hiba növekszik, a horizont közelében eléri a 20-30 m-t. elsősorban a nedves komponens miatt) 0,1 - 0,2 m. Így a troposzférikus hiba nagy része (az esetek 90%-ában) viszonylag egyszerű modellekkel figyelembe vehető, de jelentős erőfeszítésekre lesz szükség, beleértve az anyagköltségeket is, hogy figyelembe vegyék a fennmaradó részt. Nagy távolságok vagy jelentős magasságkülönbségek esetén az alacsony műholdak maradványhibája 2-7 mm/méter magasságkülönbség [23] [24] .
Relativisztikus és gravitációs hatások . A relativisztikus hatások hatással vannak a műholdak pályájára, a műholdjelek terjedésére, valamint a műhold és a vevő óráira. Ebben az esetben elegendő csak a Föld gravitációs mezőjét figyelembe venni, mivel a Nap, a Hold és a Naprendszer egyéb tömegei elhanyagolható befolyást gyakorolnak.
Lehetőségek | Mobil differenciálrendszerek | Helyi differenciálrendszerek | Regionális differenciálrendszerek | Széles sávú differenciál korrekciós rendszerek | Globális differenciálkorrekciós rendszerek |
---|---|---|---|---|---|
Összetett | Egy nem helyhez kötött mérési gyűjtőállomás.
Adatcsatorna. |
Egy vagy több mérési gyűjtőállomás.
Adatcsatorna. |
Mérőállomások hálózata,
adatátviteli csatornák, számítástechnikai központ |
Mérőállomások regionális hálózata,
Adatátviteli csatornák, számítástechnikai központ, földi vezérlési komplexum |
Mérőállomások globális hálózata,
Adatátviteli csatornák, számítástechnikai központ, földi vezérlési komplexum |
Helyesbítő információ | A fogyasztó által mért navigációs paraméterek korrekciói | A fogyasztó által mért navigációs paraméterek módosítása,
Rendszerintegritási információ |
A fogyasztó által mért navigációs paraméterek módosítása,
Rendszerintegritási információ |
Javítások az efemerisz-időbeli információkhoz,
A fogyasztó által mért navigációs paraméterek javítása, Tájékoztatás a rendszer integritásával kapcsolatban |
Javítások az efemerisz-időbeli információkhoz,
Módosítások a légköri jeltorzítások kizárására, A fogyasztó által mért navigációs paraméterek korrekciói, Tájékoztatás a rendszer integritásával kapcsolatban |
Átviteli csatornák | földi adatvonalak | földi adatvonalak | földi adatvonalak | kommunikációs és közvetítő űrhajók | kommunikációs és közvetítő űrhajók |
Hatásterület | 2-10 km | 50-200 km | 400-2000 km | 2000-5000 km | Globális lefedettség |
A lefedett tartomány szerint 5 fő típus létezik:
Mobil - maximális lefedettséggel rendelkezik (az ellenőrző és korrekciós állomás (CCS) működési tartománya - akár 10 km. Tartalmaz egy CCS-t, vezérlő- és felügyeleti berendezéseket (integritásellenőrzés nélkül), valamint adatátviteli lehetőségeket.
Helyi - maximális hatótávolság az ellenőrző és korrekciós állomástól - akár 200 km. Tartalmaznak egy KKS-t, vezérlő- és felügyeleti berendezéseket (beleértve az integritás-ellenőrzést), valamint adatátviteli lehetőségeket. Épületekbe és építményekbe vagy blokkkonténer formájában szerelik fel .
Regionális - a munkazóna átmérője 200 és 2000 km között lehet. Az RDPS rendszerint több szolgáltatást (információgyűjtés) és egy központi vezérlő- és korrekciós állomást (javítások fejlesztése) foglal magában, amelyek megfelelő eszközök a javító információk és integritási jelek továbbítására.
Széles zóna vagy NDGPS ( eng. országos DGPS - országos DGPS ) - A munkaterület sugara 2000 - 6000 km. Az RBPS vezérlő állomások hálózatából áll, amelyek információi a fő állomásokhoz kerülnek közös feldolgozásra a korrekciók és az integritási jelek fejlesztése érdekében. A generált korrekciós információkat és integritási jeleket földi letöltőállomásokon keresztül töltik le egy geostacionárius űrhajóra (kommunikációs műholdakra), hogy később továbbítsák a fogyasztóknak. A kommunikációs műholdak további navigációs pontként is használhatók távolságmérésekhez. Ebben az esetben az integritás-ellenőrzés fő módszerei a térbeli adatok mért és előrejelzett értékei közötti különbségek elemzésének módszerei, és a mérések redundanciáját használják a pontosság javítására.
Globális vagy GDGPS ( angolul global DGPS - global DGPS ) - lefedettséggel az egész világon.
A DGPS rendszerek felépítésének általánosított blokkvázlata a következő fő elemeket tartalmazza: vezérlő és korrekciós állomás; differenciálkorrekciós megfigyelő állomás (SMDP); állomás differenciálkorrekciók és figyelmeztető jelek (SPDP) továbbítására.
A vezérlő és korrekciós állomás figyeli a navigációs jelek integritását és kiszámítja a differenciálkorrekciókat. Az integritás-ellenőrzés érdekében speciális megfigyelő állomásokat vesznek igénybe, amelyek a rádiónavigációs mező minőségét ellenőrzik, és a műhold meghibásodása és meghibásodása esetén a meghibásodás jelét képezik. A differenciál korrekciós felügyeleti állomás ellenőrzi a minőséget. Az általánosított információkat generálják és a rendelkezésre álló kommunikációs csatornák egyikén továbbítják a felhasználóhoz.
A diszlokáció (alapozás) módszere szerint 3 fő típusa van:
Meg kell jegyezni, hogy minden típusú funkcionális kiegészítés nem áll szemben egymással, hanem egymást kiegészítik.
Differenciál módban többféle mérést alkalmaznak: kód- és pszeudofázis (a vivőfázis megfigyelései szerint), valamint efemeriszidő-információ (pontos efemerisz).
A kódrendszerek pszeudotávolságok mérésén és feldolgozásán alapulnak. angol pszeudorange . pszeudo-tartomány - hibás távolság a műhold és a vevő között. A jel terjedési sebességéből, valamint a műholdon és a felhasználó vevőkészülékében lévő időskálák közötti eltérésből számítva [27] ; általában korlátlan hatókörrel rendelkeznek, és a töredékektől a több méterig terjedő helyhibák jellemzik [28] [29] .
A fázisrendszerek a műholdtól meghatározott távolság alapján épülnek fel, a kétértelműség feloldása után, azaz a mért távolságba illeszkedő egész számú hullámhossz megtalálása után valósulnak meg. Nagy pozicionálási pontosság jellemzi őket (a centiméter töredékeiig), de működési területük 10 km-re korlátozódik, és ritkán éri el a 30 km-t. A pontosság csökkenése a bázis és a rover közötti távolság-korrelációtól függ, azaz a roverek és a bázisállomás távolságától [28] [30] .
Az efemerisz-idő információ tartalmazza az ITRF vonatkoztatási rendszerben szereplő egyes műholdak koordinátáit, valamint a műholdak órajel-korrekcióit. Ez az információ minden műholdra vonatkozik, rendszeres időszakokra, 15 perces időközönként. A Precise ephemeris egy utófeldolgozási termék, amelyet speciális felügyeleti szolgáltatások biztosítanak [31] .
A differenciális korrekciók kialakításakor három fő működési módot használnak különböző módszerek, megközelítések és technológiák segítségével:
Az 1990-es évek végén, amikor még a zsebvevők is meglehetősen drágák voltak, néhány relatív GPS-meghatározási módszert fejlesztettek ki 3-10 mérési pont (statikus és kinematikus) felhasználásával, amelyek a valós mérések 2 vagy több vevőtől kapott mérési adatokkal történő feldolgozását tartalmazták (pontosság felfelé). 1-2 cm-ig) és kötelező számukra Utófeldolgozás. Ezeket a módszereket kvázi-differenciálisnak vagy relatívnak nevezzük . Ezeknél a módszereknél a megfigyeléseket legalább két vevővel végezzük, amelyek közül az egyik egy ismert koordinátájú referenciaponton található, a másik pedig a meghatározandó objektumhoz igazodik. A relatív módszerben a referenciaponton és a meghatározandó ponton egyidejűleg végzett megfigyeléseket együttesen dolgozzák fel, ami a megoldások pontosságának növekedéséhez vezet, de kizárja a pillanatnyi megoldásokat. A relatív módszerben egy vektort definiálunk, amely összeköti a referencia- és a meghatározott pontokat, ezt nevezzük alapvektornak [19] .
Statika - Állami geodéziai hálózatok (GGS) fejlesztésénél alapvonalak mérésére, tektonikus lemezek mozgásának tanulmányozására, felmérési hálózatok, vastagító hálózatok, geodéziai karók és egyéb alkalmazott és műszaki konstrukciók fejlesztésénél. Nagy pontosságot feltételez akár 20 km-es alapvonalon, és hosszú, többszöri, legalább 1 órás megfigyelési munkamenetet. Az almanach kötelező frissítése a munkamenetek között, a vevő legalább 1 órára történő kikapcsolásával. Logikusan minden résztvevő vevő statikus. A statika tartalmazza a kiindulási pontok és a mérések összes lehetséges hibáját.
Kinematika (kinematika) – topográfiai felmérésekhez, vezetői felmérésekhez és/vagy tematikus diagramok és kartogramok készítéséhez használják. Egy módszer nagyszámú pont koordinátáinak gyors meghatározására. Nagyon hatékony nagyszámú egymáshoz közeli pont mérésekor. A módszer nem foglalja magában a vevő kikapcsolását (az almanach frissítését) a megfigyelések között [34] . Logikusan az összes résztvevő vevőegység Bases (statikus vevő) és Rover (mobil vevő) részekre oszlik. Jelenleg csak a közvetlen mérés hibáit tartalmazza.
Ezen módszerek kötelező összetevője az utófeldolgozás.
Utófeldolgozás (Postprocessing) - tág értelemben ez minden, ami a fő műveletek után történik. A GPS-mérések utófeldolgozása magában foglalja a nyers adatok átvitelét a vevőből a számítógépre, és a kapott adatok kiszámítását speciális programok segítségével.
Az utófeldolgozást mint DGPS-módszert használják az ismeretlen pontok pontos koordinátáinak és magasságainak meghatározására oly módon, hogy ismert pontokhoz társítják őket fiduciálisokkal , pontokkal és előjelekkel . Logikusan az utófeldolgozás 3 részre oszlik - maga a számítás, a kiigazítás és újraszámítás a globális (földrajzi) rendszerből valamilyen lokális (lokális) metrikus téglalap alakúra.
A számítás az alapvonalak (vektorok) kiszámításából áll, két vagy több GNSS-vevő egyidejű méréséből származó adatok felhasználásával. A referenciavonalak (vektorok) egy háromdimenziós vonal, amelyet az egyes GNSS antennapárok által elfoglalt két pont között húznak. Az utólag feldolgozott mérések pontosabb helymeghatározást tesznek lehetővé, mivel a legtöbb GNSS hiba nagyjából ugyanúgy érint minden vevőt, és ezért kölcsönösen kizárhatják egymást.
vagy
hasonlóan a troposzférikus hibához, az efemerisz hibához és a relativisztikus hibához. Ezt követően eltűnnek a műholdas adatokra jellemző hibák: óraeltolás; efemerisz; relativisztikus hatások.
Az újraszámítás az „átmeneti kulcsok” meghatározásából áll a globális koordinátarendszerek (WGS84, PZ90 stb.) egyeztetéséhez, valamint a helyi és egyszerű mátrix újraszámításból . Nem igényel két vagy több vevő egyidejű mérését, egy GNSS vevővel is elvégezhető.
A kiigazítás egy matematikai folyamat, amely a hibák azonosításához és kiküszöböléséhez kapcsolódik.
Az 1. osztályú műholdas geodéziai hálózat pontjainak létrehozása relatív műholdas módszerekkel történik a koordináták meghatározására. [35]
A fő hátrány a vektorok jelenléte volt: mivel a meghatározott pontok koordinátái alapján számítják ki az alapvonalak összetevőit, ez befolyásolja a referenciapont és a meghatározott pont közötti koordináta-növekmény meghatározásának pontosságát is [19] .
A kinematikai vagy PPK utófeldolgozás a relatív (kvázi-differenciális) módszerek továbbfejlesztése és átmenet a differenciálra.
A differenciális módszerben egy referenciaponton végzett megfigyelések eredményei alapján egy ismeretlen pont megfelelő megfigyelési paramétereihez vagy koordinátáihoz korrekciókat találunk, vagyis a megfigyeléseket külön dolgozzuk fel. Ez a módszer azonnali megoldásokat ad, a referenciaállomáshoz képest [19] .
Így a differenciális korrekciós módszer abból áll, hogy a DGNSS referenciaállomásokból származó korrekciókat határozzuk meg előre meghatározott koordinátákkal. Mivel a bázis (irányító és korrekciós állomás) koordinátái bizonyos pontossággal ismertek, navigációs célokra 1 méterig, geodéziához és differenciálkorrekciós rendszerekkel történő navigációhoz 20 cm-ig, helyi megoldások pedig 3 pontossággal. cm geodéziai célokra. Ezután ezek, a koordináták felhasználhatók az újonnan meghatározott pozicionálási paraméterek korrekcióinak kiszámításához. [36] Alapvetően két módszer létezik a korrekciók továbbítására közvetlenül rádiócsatornán (földi átjátszók rendszerén) vagy kommunikációs műholdon keresztül. Így az összes differenciálkorrekciós rendszer földi és műholdas rendszerre oszlik.
A valós idejű technikák és módszerek a domborzati pontok tervezett koordinátáinak és magasságának meghatározásához a bázisállomástól valós időben fogadott korrekciók segítségével.
Valós idejű (valós idejű mód) - azt jelenti, hogy minimális késleltetéssel fogadja a javításokat az automatizált állomásoktól. A differenciális korrekciók vagy EVI átvitele a bázisállomásról a fogyasztóhoz történhet telefonon vagy rádión, műholdas kommunikációs rendszereken (például INMARSAT), valamint RDS (Radio Data System) digitális adatátviteli technológia segítségével. FM rádiófrekvenciák (VHF) [28] .
A KKS differenciális korrekciós módszerben az információ részeként a következő típusú információs üzeneteket kell kialakítani:
A Precise Point Positioning vagy PPP módszer egy olyan módszer, amely finomított efemeriszeket és időt (efemerisz-idő információt) használ.
SDGPS (Satellite Differential GPS) – a Thales fejlesztette ki 2003-ban, és a SkyFix XP rendszerben használják. Egy teljesen új módszert használ, amely a Thales meglévő globális referenciaállomás-hálózatán alapul, hogy folyamatosan nyomon kövesse a pályáján lévő összes műholdat, referenciaállomástól független korrekciós adatokat generálva. Ez egy teljesen dinamikus, rendkívül pontos és abszolút megbízható korrekciós információ, amely bármely helyről elérhető, függetlenül a referenciaállomás közelségétől. Valóban globálissá teszi a rendszert, a differenciálkorrekciós állomás hatótávolságának korlátozása nélkül, és magának a GPS-műholdnak ad korrekciós információkat, nem pedig egy meghatározott (a referenciaállomás által lefedett) területet. Ezt az információt úgy kapjuk meg, hogy az összes műholdat a teljes pályájukon folyamatosan nyomon követik a referenciaállomások globális hálózata segítségével, amely viszont azonosít, elkülönít és mér minden egyes hibaforrást, és minden GPS-műholdhoz teljes körű korrekciót biztosít. Ez a korrekciókészlet külön javításokat tartalmaz minden egyes műholdhiba-forráshoz, és mint ilyen, bárhol használható, függetlenül a referenciaállomástól való távolságtól, így a rendszer valóban globálissá válik, hatótávolság-korlátozások nélkül.
A lokális troposzférikus és ionoszférikus hibák kiküszöbölése felhasználói szinten történik a helymeghatározási számítás részeként és a kétfrekvenciás GPS vétel segítségével. A többutas és vételi zaj eltávolítása vivőfázis-megfigyelések segítségével történik. [38]
Az EMI-t használó hagyományos differenciál-GPS-ben a korrekciós adatok a referenciaállomástól körülbelül 2000 km távolságban szinte érvénytelenné válnak. Az SDGPS-ben vízszintes (10 cm) és függőleges (20 cm) pontosság érhető el, függetlenül a referenciaállomástól való távolságtól. Így a navigációs mező zökkenőmentessé és egységessé válik [39] .
1998-ban 187 rádióadó volt 28 országban [2] .
Az Egyesült Államok parti őrsége szerint 2015-ben 47 ország már használt differenciálkorrekciós rendszert. [40]
A differenciálkorrekciós rendszerek a kerülete mentén helyezkednek el kb. Izland, Olaszország és más európai országok partjai mentén. Kínában, Indiában, Dél-Afrikában és Nagy-Britanniában való elhelyezésüket is megjegyzik [2] .
Az irányító és korrekciós állomásokkal felszerelt tengeri világítótornyok teljes listája 2019 decemberében a világadatbázisban [41] .
Az Orosz Föderáció a hatalmas tengerpart és saját navigációs rendszere ellenére a Független Államok Közössége tagállamai rádiónavigációs tervének 2010-es elfogadásáig nem rendelkezett saját DGPS rendszerrel, nem számítva a szétszórt kereskedelmi projekteket. A GLONASS orosz navigációs műholdrendszer nagy területű differenciálkorrekciós rendszerét 2016-ban telepítették.
Az európai DGPS hálózatot elsősorban a finn és a svéd tengerészeti igazgatás fejlesztette ki a két ország közötti szigetcsoport biztonságának javítása érdekében. A Decca navigációs rendszer 2000-es megszűnése után. A projekthez az Egyesült Királyság és Írország is csatlakozott. A projekthez 12 adóból álló hálózat és három irányítóállomás található a part mentén Skóciát és Man-szigetet, a Commissioners of Irish Lights pedig egész Írországot. Mielőtt a rendszert működőképessé nyilvánították volna, tesztelték, és két további adót adtak hozzá. Az információtovábbítás a 300 kHz-es sávban 2002-ben kezdődött. [42]
1997-ben a Beacon Co. Egyiptom és a MacDonald Dettwiler's Maritime Systems Division (korábban CANAC/Microtel Maritime Information Systems Group) szerződést nyertek egy komplett nemzeti DGPS rendszer biztosítására az egyiptomi kikötők és világítótornyok számára. Ez a szerződés magában foglalja az egyiptomi tengeri DGPS tervezését, beszerzését, integrációját, gyári tesztelését, szállítását, konfigurációját és helyszíni tesztelését.
A rendszer 1 db vezérlőállomásból áll, amelyek a HF rádióhálózaton keresztül 6 DGPS felügyeleti és relé állomáshoz kapcsolódnak. A hálózatokhoz való biztonsági mentés a szabványos telefonvonalakról érkező szám tárcsázásával történik.
Minden megfigyelő és közvetítő állomás a szabványos GPS jelek mellett szabványos tengeri jeladó frekvencián továbbítja a DGPS korrekciókat. Ezek a módosítások lehetővé teszik az egyiptomi és a nemzetközi tengerészeti közösségek számára, hogy több mint 5 méteres pontossággal határozzák meg pozíciójukat, ami jelentős előrelépés a kereskedelmi forgalomban kapható GPS-technológiák által biztosított 100 méteres pontossághoz képest.
A DGPS rendszer hibatűrő architektúrát valósít meg kettős redundanciával minden kulcsfontosságú berendezésben. Ha valamelyik berendezés meghibásodik, a rendszer architektúrája biztosítja annak folyamatos működését. Minden munkavégzési szabálysértést azonnal jelenteni kell az ellenőrző monitornak.
KKS (vezérlő-javító állomás) | Név (MACHINE NAME) | Állomásazonosító | Hatótávolság (KILOMETERS) | Rádiójel-azonosítók (IDRS) | Frekvencia (KHz) | Adatátviteli sebesség ((Bps) |
---|---|---|---|---|---|---|
Port Said | Port Said 1 és Port Said 2 | 321 | 324 | 442 és 443 | 290,0 | 200 |
Alexandria | Alexandria 1 és Alexandria 2 | 320 | 278 | 440 és 441 | 284,0 | 200 |
Mersa Matrou | Mersa 1 és Mersa 2 | 324 | 378 | 448 és 449 | 307,0 | 200 |
Ras Umm Sid | Rasummsid 1 és Rasummsid 2 | 322 | 234 | 444 és 445 | 293,5 | 200 |
Ras Gharib | Ras Gharib 1 és Ras Gharib 2 | 323 | 278 | 446 és 447 | 298,0 | 200 |
Quseir | Quseir 1 és Quseir 2 | 325 | 482 | 450 és 451 | 314.5 | 200 |
A kanadai rendszer hasonló az amerikai rendszerhez , és elsősorban tengeri használatra készült. Lefedi az Atlanti- és a Csendes-óceán partjait, a Nagy-tavak régióját és a Szent Lőrinc-folyót . A kanadai tengeri differenciális globális helymeghatározó rendszer a NAD 83-on működik (Észak-Amerika 1983, nincs szükség WGS 84-ről való átalakításra). A DGPS Navigation Service nemcsak a Standard Positioning Service (SPS) pontosságát javítja, hanem valós idejű integritást, megfigyelést és jelentéskészítést is biztosít. A jelet 285 kHz és 325 kHz közötti tartományban sugározzák. Az adatátviteli sebesség szabványos a 200 (Bps) rádiójeladókhoz. A teljes rendszer 19 KKS-ből áll, és több szegmensre oszlik: a Csendes-óceán partvidéke (Alert Bay, Amphitrite Point, Richmond és Sandspit), a Nagy-tavak és a Szent Lőrinc-öböl (Wiarton, Cardinal, Saint-Jean-sur) -Richelieu, Lauzon, Riviere du Loup, Moisy), Atlanti-óceán partja (Saint-Jean-sur-Richelieu, Lauzon, Rivière-du-Loup, Moisy, Partridge Island, Cape Escuminac, Fox Island, West Head), Keleti part (Fokföld) Hartlen, Cape Race, Cape Ray, Cape Norman, Rigolet) [44] .
Ezenkívül 2011 áprilisáig Kanada GPS-korrekciós (GPS·C) rendszert üzemeltetett, amelyet a Canadian Active Monitoring System és a Natural Resources Canada támogat. A rendszer Kanada nagy részét lefedte. Megfelelő GPS·C vevővel együtt használva a valós idejű pontosságot körülbelül 1-2 méterrel növelte, 15 méter névleges pontossággal. A valós idejű adatokat tizennégy állandó földi állomásról gyűjtötték össze Kanadában, és küldték el az ottawai NRC1 központi állomásra feldolgozásra. A GPS·C információkat Kanada-szerte sugározta az MSAT-on a CDGPS, amely a Canada-Wide DGPS Correction Service rövidítése. A CDGPS-hez külön MSAT-vevőre volt szükség, amely RTCM formátumban adja ki a korrekciós információkat bármely megfelelően felszerelt GPS-vevő számára. A külön vevőegység szükségessége miatt kevésbé költséghatékony, mint az olyan megoldások, mint a WAAS vagy a StarFire, amelyek ugyanarról az antennáról és vevőről kapják a korrekciós információkat. 2010. április 9-én jelentették be, hogy a szolgáltatás 2011. március 31-ig megszűnik. A szolgáltatást 2011. március 31-én leállították, és 2011. április 1-jén 9:00 órakor végleg leállították.
állomás név | elhelyezkedés | Működési dátum | koordináták |
---|---|---|---|
ALBH | Kanadai haderőbázis, Esquimalt, British Columbia ( Victoria közelében, British Columbia ) | 1992-05.11 . 2022 | 48°23′23″ s. SH. 123°29′14″ ny e. |
ALGO | Algonquin Space Complex, Algonquin Provincial Park , Ontario | 1991-01.11 . 2022 | 45°57′20″ é SH. 78°04′16″ ny e. |
CHUR | Kanadai Geológiai Szolgálat regionális szeizmikus állomása, Churchill, Manitoba | 1993-04.11 . 2022 | 58°45′32″ é SH. 94°05′19″ ny e. |
DRAO | Dominion Radio Astrophysical Observatory, Penticton, British Columbia | 1991-02.11 . 2022 | 49°19′21″ s. SH. 119°37′27″ ny e. |
2 EUR | New Environment Canada meteorológiai állomás épülete, Eureka, Nunavut | 2005-10-09.11 . 2022 | 79°59′20″ s. SH. 85°56′15″ ny e. |
FRDN | Hugh John Fleming Erdészeti Komplexum, a New Brunswicki Egyetem közelében Frederictonban, New Brunswickben | 2003-02.11 . 2022 | 45°56′00″ s. SH. 66°39′35″ ny e. |
HLFX | Bedford Institute of Oceanography , Dartmouth, Nova Scotia | 2001-12-19.11 . 2022 | 44°41′00″ s. SH. 63°36′40″ ny e. |
NRC1 | Nemzeti Mérésügyi Szabványok Intézete, Nemzeti Kutatóközpont, Ottawa, Ontario | 1995-04.11 . 2022 | 45°27′15″ é SH. 75°37′25″ ny e. |
PRDS | Dominion Obszervatórium, Priddis, Alberta ( Calgary közelében, Alberta ) | 1997-01-07.11 . 2022 | 50°52′16″ é SH. 114°17′36″ ny e. |
SCH2 | Transport Canada rádiótávközlési létesítmény, Schefferville, Quebec | 1997-06-29.11 . 2022 | é. sz. 54°49′55″ SH. 66°49′57″ ny e. |
STJO | A Kanadai Geológiai Szolgálat (NRCan) geomágneses megfigyelő állomása, St. John's, Új-Fundland | 1992-05.11 . 2022 | 47°35′42″ s. SH. 52°40′39″ ny e. |
DARABKA | Whitehorse, Yukon | 1996-06.11 . 2022 | 60°45′01″ s. SH. 135°13′19″ ny e. |
WINN | NavCanada Winnipeg Area Control Center épülete, Winnipeg, Manitoba | 1997-01-09.11 . 2022 | 49°54′02″ s. SH. 97°15′34″ ny e. |
ORDÍT | Yellowknife, Északnyugati Területek | 1991-01.11 . 2022 | 62°28′51″ s. SH. 114°28′50″ ny e. |
Ausztrália három DGPS-t üzemeltet: egyet főként tengeri navigációra, hosszúhullámú tartományban sugározza jelét, és 12 rádióadóval rendelkezik a part mentén; a másikat földfelszíni felmérésekre és földi navigációra használják, és a kereskedelmi FM rádió sávjában korrekciós adás van. A harmadik Sydney repülőtéren jelenleg tesztelik a repülőgép leszállási pontosságát (2011), és legalább 2015-ig a leszállórendszer műszerének tartalékaként fogják használni. A repülőgép helyzetének javítását a légi VHF sávon keresztül sugározzák [46] [2] .
Ausztrália és Új-Zéland 2018-ban bejelentette működési területükön a második generációs SBAS rendszer kutatás-fejlesztésének megkezdését. Folyamatban van egy többfrekvenciás és többhelyes megközelítés alkalmazása az olyan hibák csökkentésére, amelyeket az első generációs rendszerek, például a WAAS nem tudnak kezelni. A tanulmány a PPP-t is használja a tervezés részeként [47] . Az így kapott rendszertől elvárható, hogy megbízhatóan centiméter alatti pontosságot biztosítson.
Az Egyesült Államokban legalább 4 DGPS rendszer működik:
Az Egyesült Államok Szövetségi Légiközlekedési Hivatala globális differenciális terjedési rendszert (WAAS) tart fenn, amelynek célja a GPS-navigációs eszközök helymeghatározási pontosságának és megbízhatóságának javítása. A National Oceanic and Atmospheric Administration pedig az US CORS horgonyállomások hálózatával működik együtt, a StarFire navigációs rendszert az amerikai John Deere cég támogatja . Szintén az Egyesült Államokban a Nemzeti DGPS szolgáltatást (NDGPS – Nationwide DGPS) az Egyesült Államok parti őrsége üzemelteti és fejleszti, amely nagyobb pontosságot és integritást biztosít a GPS-információk számára az Egyesült Államokban és a szomszédos vizeken tartózkodó felhasználók számára. A rendszer az előző verzió – Maritime Differential GPS (MDGPS) – kiterjesztése. A szolgáltatás korrekciós jeleket sugároz a tengeri rádiójeladók frekvenciáin a helymeghatározás pontosságának javítása érdekében. A parti őrség 10 méteres pontosságot (2 dRMS) biztosít minden meghatározott lefedettségi területen. És jelentősen megnő a kikötő bejáratánál 1-3 méterrel. A rendszer szolgáltatást nyújt az Egyesült Államok kontinentális részén, a Nagy Tavakon, Puerto Ricóban, Alaszkában, Hawaiiban és a Mississippi-folyó medencéjének nagy részén. A parti őrség tengerészgyalogság differenciált globális helymeghatározó szolgálata, amelyet 1999. március 15-ig telepítettek, amint azt a DOT sajtóközleményében bejelentették. 2018 márciusában az USCG bejelentette, hogy leállítja a DGPS állomásokat [48] [49] . 2019 végére az Egyesült Államokban és Japánban a legtöbb állomást előkészítették a leszerelésre (leszerelésként vagy leszerelés alatt állóként szerepelnek a listán). A közvetítő földi állomások működése 2020 szeptemberére megszűnik. A rendszer átkerül az űrszegmensbe. [ötven]