DGPS ( anglicky Differential Global Positioning System ) nebo SDK GNSS (systémy diferenciální korekce globálních navigačních satelitních systémů) v ruskojazyčné literatuře lze nalézt stejným způsobem jako FD SRNS (funkční doplňky satelitních radionavigačních systémů) v anglicky psané literatuře se nachází jako rozšíření GNSS .
Diferenční korekční systémy - systém pro zlepšení přesnosti signálů GNSS , který spočívá v korekci pseudovzdáleností naměřených přijímačem na družice s korekcemi na ně přijatými zvenčí, ze spolehlivého měřiče (základní nebo referenční stanice). V tomto případě jsou kompenzovány jak atmosférické zkreslení, tak chyby efemerid. Metoda je založena na předpokladu, že vliv různých zdrojů chyb na výsledky měření je stejný pro základní i mobilní přijímače (rovery), to znamená, že jsou použity vlastnosti korelovaných chyb a je aplikován diferencovaný přístup určit oblast účinných oprav. Tato oblast je přísně lokální a omezená jakýmikoli podmínkami [1] .
Funkční doplňky – Sada hardwaru a softwaru navržená pro zlepšení přesnosti definic navigace na základě běžného signálu SRNS. Po obdržení hodnot těchto systematických chyb (tzv. diferenciálních korekcí) pomocí hardwarových metod nebo výpočtem je možné implementovat do zařízení spotřebitele kompenzaci hlavních systematických chyb navigačních definic jejich zohledněním v algoritmy zpracování navigačních dat [2] .
Jakýkoli systém DGPS používá síť pevných pozemních referenčních stanic s předem určenými souřadnicemi fázového středu přijímače GNSS k určení chyby mezi známými souřadnicemi a souřadnicemi určenými satelitním systémem GPS. Referenční stanice generuje opravnou zprávu obsahující především fázová pozorování na základně a případně další informace v závislosti na verzi přenosového formátu (klíče pro přepočet, EVI atd.). Rover a / nebo specializovaný software po obdržení těchto informací vypočítá rozdílové korekce pro svou vlastní polohu a čas, po kterém jsou odeslány uživateli. Existuje několik typů použití (zavedení) navigačních korekcí: fázové (kvazidiferenciální a diferenciální) a EVI ( efemeridní časové informace ). Liší se přesností získaných měření a časem stráveným jejich získáním.
Režimy s post-processingem (post-processing, a posteriori zpracování dat) tedy umožňují dosáhnout nejvyšší přesnosti v rámci subcentimetrových limitů, ale vyžadují značný čas na sběr a zpracování dat. Přesné určování polohy bodu (PPP) zahrnuje získávání vysoce přesných dat efemerid a korekcí satelitních hodin (od jednoho dne – „rychlé“ efemeridy, až po dva týdny – „konečné“ efemeridy).
DGPS nebo DGNSS také odkazuje na fázové metody pro určování souřadnic vzhledem k základnové stanici Post Processing Kinematic (PPK) a Real Time Kinematic (RTK), stejně jako metody využívající komunikační satelity .
U metod RTK [3] a SBAS se stráví mnohem méně času - ve skutečnosti lze pracovat v reálném čase a výsledné korekce dosahují přesnosti asi 1 cm v půdorysu a 2 cm na výšku. .
Když byl GPS zaveden do provozu, americká armáda se obávala možnosti použití globálně dostupných signálů GPS nepřátelskými silami. Zpočátku se vláda domnívala, že signál „hrubého příjmu“ (C/A) poskytne přesnost pouze asi 100 metrů, ale se zlepšenými konstrukcemi přijímače byla skutečná přesnost mezi 20 a 30 metry [4] . A od března 1990 [5] , aby se předešlo takové „Neočekávané“ přesnosti, byl C/A signál vysílaný na frekvenci L1 (1575,42 MHz) záměrně degradován (zdrsněn) posunutím jeho hodinového kmitočtu o náhodnou hodnotu ekvivalentní cca. 100 metrů vzdálenost na zemi. Tato metoda, známá jako "Selective Availability" nebo C/A, vážně zhoršila kvalitu signálu GPS pro nevojenské uživatele. Přesnější určení bylo možné pomocí 2. frekvence L2 (1227,6 MHz), která byla naopak dostupná pouze oprávněným uživatelům s dešifrovacími klíči.
Což vytvořilo problém pro civilní uživatele. Vláda obdržela několik odmítnutí používat GNSS pro mírové účely. To bylo způsobeno nízkou přesností signálu C / A. Byla vznesena otázka o návratnosti nejen samotného systému GPS, ale také pozemních radionavigačních systémů (Loran, VOR a NDB) používaných civilními službami. Jeho údržba stála miliony dolarů ročně a byla příliš drahá, ale poskytovala požadovanou přesnost ve srovnání s C/A signálem. Přístup ke globálnímu navigačnímu satelitnímu systému (GNSS) by mohl poskytnout významné zvýšení přesnosti a výkonu při nízkých nákladech, ale vojenská oddělení zůstala z bezpečnostních důvodů důrazně proti.
Na počátku 80. let vyvinula řada civilních agentur řešení „problému C/A“. Vzhledem k tomu, že se signál C/A měnil pomalu, řešením bylo, že zóna posunu signálu 100 m byla relativně pevná a tvořila místní souřadnicový systém (pokud byl posun „100 m východně“, platí tento posun v poměrně široké oblasti). Vysílání tohoto offsetu do místních přijímačů GPS by mohlo eliminovat „efekty C/A“ a přiblížit výsledky teoretickému výkonu GPS asi na 15 metrů. Kromě toho je dalším velkým zdrojem chyb v GPS fixaci spojeno zpoždění přenosu rádiového signálu v ionosféře, které lze měřit i pozemními stanicemi a korigovat pomocí přenosu. To zvyšuje přesnost až na 5 metrů a předurčilo další vývoj DGPS. Již tradičně se pro námořní útvary problém vyřešil pouze v plánované poloze, protože výškové značky nad (!) hladinou moře nejsou tak důležité. [6] .
Americká pobřežní hlídka byla jedním z agresivnějších zastánců systému DGPS, experimentovala se systémem na stále širším základě koncem 80. a začátkem 90. let. Tyto signály byly vysílány na námořních dlouhovlnných frekvencích, které mohly být přijímány radiotelefony a přenášeny do přijímačů GPS. Téměř všichni významní dodavatelé GPS nabízeli zařízení se vstupy DGPS nejen pro signály USCG, ale i pro zařízení letadel na pásmech VHF nebo komerčních AM.
Distribuce rádiového signálu s informacemi DGPS na omezeném základě začala v roce 1996 do většiny přístavů v USA a rychle se rozšířila ve spolupráci s kanadskou pobřežní stráží. Byly zavedeny plány na rozšíření systému po celých USA, ale nebylo to snadné. Kvalita DGPS korekcí měla tendenci klesat se vzdáleností a velké vysílače schopné pokrýt velké oblasti měly tendenci být shluky blízko měst. To znamenalo, že oblasti s nižším počtem obyvatel, zejména na Středozápadě a na Aljašce, budou mít malé pokrytí pozemní GPS.
V polovině 90. let se ukázalo, že systém zhrubnutí signálu již nemůže plnit úlohu, která mu byla přidělena. DGPS jej učinil neúčinným, přesně tam, kde byl považován za nejvíce potřebný. Navíc zkušenost z války v Zálivu ukázala, že rozšířené používání civilních přijímačů americkými vojáky znamenalo, že ponechání C/A zapnuté by způsobilo více škody než užitku [7] . v roce 2000, po letech nátlaku, byl C/A trvale deaktivován výkonným příkazem prezidenta Billa Clintona [8] . V době odstávky C/A se DGPS stal nedílnou součástí systémů GNSS po celém světě a pomohl odstraňovat různé chyby. Patří mezi ně ionosférické efekty, chyby v datech satelitních efemerid a posun satelitních hodin. V závislosti na množství dat přenášených v korekčním signálu DGPS může být přesnost polohy menší než 10 cm.
V polovině 90. let převzal štafetu ve vývoji metod diferenciální korekce letecký průmysl. Na příkaz Ministerstva dopravy USA (DOT) a Federálního úřadu pro letectví (FAA) byl v rámci federálního programu radionavigace, počínaje rokem 1994, spuštěn systém WAAS, který byl navržen tak, aby poskytoval výkon srovnatelný s výkonem přístrojový přistávací systém [9] .
Na počátku 21. století byl vypuštěn signál pro všeobecné letectví pokrývající 95 % USA a část Aljašky, nabízející přesnost minimálně 100 metrů.
Koncem roku 2000 se společnost Hickok & Associates se sídlem v Alabamě stala prvním vývojářem vrtulníku se systémem WAAS. [10] [11] [12] A FAA schválila specifikace pro letadla vybavená tímto systémem. O něco později, po vytvoření infrastruktury, začaly být větší lodě vybaveny přijímači [13] , takže jejich první let, Portland-Seattle of Horizon Air, pomocí WAAS uskutečnil Bombardier Q400. Vesmírné systémy jako WAAS nabízejí podobnou přesnost jako USCG pozemní DGPS sítě.
V listopadu 2013 se síť MDGPS (Maritime DGPS) skládala z 85 vysílacích míst, které poskytují duální pokrytí téměř celého pobřeží USA a vnitrozemských splavných vodních cest, včetně Aljašky, Havaje a Portorika. Systém navíc poskytuje jednoduché nebo duální pokrytí pro většinu vnitrozemí Spojených států. [čtrnáct]
Síť MDGPS (Maritime DGPS) fungovala pouze v pobřežních vodách obou pobřeží Spojených států, v oblasti Velkých jezer a na vnitrozemských vodních cestách Mississippi a byla provozována americkou pobřežní stráží (USCG). Po připojení k projektu Ministerstva dopravy Spojených států amerických spolu s Federální správou silnic, Federální správou železnic a Národní geodetickou službou se síť stala známou jako NDGPS (Nationwide DGPS). Tento systém je rozšířením předchozího námořního DGPS na pokrytí celých kontinentálních Spojených států, přičemž hlavní agenturou pro udržování americké národní sítě DGPS zůstává americká pobřežní stráž. Centralizovanou velitelskou a řídící jednotkou je USCG Navigation Center se sídlem v Alexandrii ve Virginii. Správcem NDGPS se stalo navigační středisko amerického ministerstva vnitřní bezpečnosti. [patnáct]
V roce 2015 požádaly USCG a USACE o připomínky k plánovanému ukončení americké DGPS a přechodu z pozemních na satelitní systémy. V roce 2016 bylo oznámeno, že 46 stanic zůstane v provozu a „dostupných uživatelům v námořních a pobřežních regionech“. Navzdory tomuto rozhodnutí USACE vyřadilo z provozu svých 7 zařízení a v březnu 2018 USCG oznámilo, že do roku 2020 vyřadí zbývající stanice [16] [17] [18] .
Přesnost polohy GPS je obvykle mezi 2 a 10 metry . To nestačí k provádění speciálních měřicích prací.
Radikální způsob, jak zlepšit přesnost navigačních definic, je diferenciální režim. Jeho podstata spočívá v eliminaci některých chyb v navigačním poli systému, které jsou v lokálních oblastech (do 2000 km) silně korelovány. Systém DGPS je navržen tak, aby zlepšil přesnost určování souřadnic od 1 metru do několika centimetrů v závislosti na metodě.
Všechny pozemní DGPS systémy jsou rozděleny podle účelu na navigační (zabezpečující navigační úkoly) a geodetické (zabezpečující geodetické úkoly). Navigační systémy poskytují metr (s přesností 1 - 5 metrů v oblasti pokrytí diferenciálního systému), geodetický - decimetr a centimetr. První vykonávají práci zpravidla v geografickém (sférickém) souřadnicovém systému. Druhý v pravoúhlé metrice. Kosmické systémy umožňují řešit navigační problémy s geodetickou přesností.
Společným problémem všech metod DGPS je to, že téměř všechny kompenzované chyby se mění s prostorem. Z tohoto důvodu přesnost DGPS klesá se vzdáleností od referenční stanice, problém se může zhoršit, pokud uživatel a stanice nemají dostatek „společné konstelace / plejády“ – kdy nevidí stejné satelity.
Významnou nevýhodou všech metod diferenciální korekce jsou souřadnice referenčního bodu. Chyby v souřadnicích tohoto bodu jsou zcela zahrnuty do souřadnic určovaných bodů, to znamená, že je celý rozvinutý systém posunut [19] .
Při sběru dat na řídicí a korekční stanici (CCS) jsou vstupními informacemi: pozorování družicových signálů, pozorování stavu troposféry, údaje o poloze přijímacího zařízení a o kalibraci tohoto zařízení. Výsledkem jsou: měření PD (prostorová data) na základě signálů GPS C/A-kódu, diferenční měření na základě signálů GPS L1/L2, navigační data SV, měření RP na základě signálů s S/A-kódem SV, Navigační data SV, troposférická data, souřadnice fázových středů antén, offsety diferenčních měření na základě signálů L1/L2, data pro formátování výstupních informací.
Při určování ionosférických korekcí na CCS se používají rozdílová měření na základě signálů L1/L2, offsety rozdílových měření na základě signálů L1/L2, souřadnice fázových středů antén, navigační data NSC a určení mřížky ionosférických dat. Výsledkem je, že výstupem jsou data, která jsou přenášena pro generování příslušných diferenciálních korekcí.
Při určování a zpřesňování parametrů oběžných drah kosmické lodi na KKS se používají: měření TP ze signálů s kódem C / A, rozdílová měření ze signálů L1 / L2, navigační data družice, troposférická data, souřadnice antény fázová centra, offsetová měření od signálů L1 / L2 a údaje o plánovaných manévrech a NKA. V důsledku toho jsou získána data: oběžné dráhy satelitu, pro zprávu efemerid a almanach. Stejná vstupní data se používají k určení korekce parametrů oběžné dráhy a časových korekcí na "hodiny" satelitu.
Výsledkem jsou: dlouhodobé a krátkodobé korekce, odhad chyb těchto korekcí s pravděpodobností 99,9 %, ověřený faktor zhoršení pro tento odhad a predikovaná směrodatná odchylka stanovení PD. [dvacet]
Následující faktory ovlivňují přesnost řešení navigačního problému určení polohy objektu:
Geometrický faktor je jedním z charakteristických rysů satelitních systémů. Určení polohy bodů na základě využití prostorového lineárního zářezu spočívá v tom, že výsledná přesnost určení souřadnic závisí nejen na přesnosti provedených měření vzdálenosti, ale také na geometrii umístění pozorovaných satelitů [21 ] .
Ionosférická chyba závisí na celkovém obsahu elektronů TEC (Total Electron Content) podél signálové cesty, ovlivňující rychlost šíření rádiových signálů, jejich hodnoty se odhadují na hodnoty v rozmezí 5 až 50 m. různá kosmická záření, a především vliv ultrafialového záření Slunce. V důsledku takového ozáření se elektricky neutrální molekuly vzduchu a atomy ionizují, to znamená, že se rozpadají na volné elektrony a elektricky nabité ionty. Ionosférické chyby se obvykle převádějí na korekce pseudovzdálenosti. V geodetickém využití družicových měření se nejvíce uplatnila metoda zohlednění vlivu ionosféry, založená na využití dvou nosných frekvencí L1 a L2. U přijímačů umístěných ve vzdálenosti 25 km může rozdíl v ionosférických vertikálních zpožděních dosáhnout asi 0,1–0,2 m. Po provedení diferenciální korekce bude typická zbytková chyba pro satelity v blízkosti zenitu asi 0,1–0,2 m ve vzdálenosti mezi body asi 100 km [22] .
Troposférická chyba závisí na profilu hustoty vzduchu podél cesty signálu a je asi 2,1 m a závisí pouze na tlaku, zatímco hodnota mokré složky se může pohybovat od několika cm do 0,4 m a závisí především na vlhkosti. Při pohybu ze zenitu do šikmých směrů se chyba zvětšuje, dosahující 20–30 m u horizontu. především vlivem mokré složky) bude 0,1 - 0,2 m. Většina troposférické chyby (v 90 % případů) bude tedy 0,1 - 0,2 m. lze zohlednit pomocí relativně jednoduchých modelů, ale k zohlednění zbytku bude zapotřebí značného úsilí, včetně nákladů na materiál. Pro velké vzdálenosti nebo významné výškové rozdíly je zbytková chyba pro nízké satelity 2–7 mm na metr výškového rozdílu [23] [24] .
Relativistické a gravitační efekty . Relativistické efekty ovlivňují oběžné dráhy satelitů, šíření satelitního signálu a hodiny satelitů a přijímačů. V tomto případě stačí vzít v úvahu pouze gravitační pole Země, protože Slunce, Měsíc a další hmoty sluneční soustavy mají zanedbatelný vliv.
Možnosti | Mobilní diferenciální systémy | Lokální diferenciální systémy | Regionální diferenciální systémy | Širokopásmové diferenciální korekční systémy | Globální diferenciální korekční systémy |
---|---|---|---|---|---|
Sloučenina | Jedna nestacionární sběrná stanice měření.
Datový kanál. |
Jedna nebo více stanic sběru měření.
Datový kanál. |
síť měřicích stanic,
kanály pro přenos dat, počítačové centrum |
Regionální síť měřicích stanic,
Kanály přenosu dat, Výpočetní centrum, Pozemní řídicí komplex |
Globální síť měřicích stanic,
Kanály přenosu dat, Výpočetní centrum, Pozemní řídicí komplex |
Opravné informace | Opravy navigačních parametrů měřených spotřebitelem | změny navigačních parametrů měřených spotřebitelem,
Informace o integritě systému |
změny navigačních parametrů měřených spotřebitelem,
Informace o integritě systému |
Opravy efemeridně-časových informací,
Opravy parametrů navigace měřené spotřebitelem, Informace o integritě systému |
Opravy efemeridně-časových informací,
Dodatky k vyloučení zkreslení atmosférického signálu, Opravy parametrů navigace měřené spotřebitelem, Informace o integritě systému |
Přenosové kanály | pozemní datové linky | pozemní datové linky | pozemní datové linky | komunikační a přenosová kosmická loď | komunikační a přenosová kosmická loď |
Oblast účinku | 2–10 km | 50-200 km | 400-2000 km | 2000-5000 km | Globální pokrytí |
Podle pokrytého rozsahu existuje 5 hlavních typů:
Mobilní - mají maximální pokrytí (dosah z řídicí a korekční stanice (CCS) - až 10 km. A zahrnují jedno CCS, řídicí a monitorovací zařízení (bez kontroly integrity) a také zařízení pro přenos dat.
Lokální - mají maximální dosah od kontrolní a korekční stanice - až 200 km. A zahrnují jeden KKS, řídicí a monitorovací zařízení (včetně kontroly integrity) a také zařízení pro přenos dat. Montují se do budov a staveb nebo ve formě blokového kontejneru .
Regionální - průměr pracovní zóny může být od 200 do 2000 km. RDPS zpravidla zahrnuje několik služeb (sběr informací) a jednu centrální řídicí a korekční stanici (vyvíjení korekcí), vhodných prostředků pro přenos opravných informací a signálů integrity.
Wide -zone nebo NDGPS ( angl. nationalwide DGPS - nationalwide DGPS ) - Poloměr pracovní oblasti je 2000 - 6000 km. RBPS se skládá ze sítě řídicích stanic, z nichž jsou informace přenášeny do hlavních stanic pro společné zpracování za účelem vytvoření korekcí a signálů integrity. Vygenerované opravné informace a signály integrity jsou stahovány prostřednictvím pozemních stahovacích stanic do geostacionární kosmické lodi (komunikační satelity) pro následné předání spotřebitelům. Komunikační satelity lze také použít jako další navigační body pro měření vzdálenosti. V tomto případě jsou hlavními metodami kontroly integrity metody analýzy rozdílů mezi naměřenými a předpokládanými hodnotami prostorových dat a pro zlepšení přesnosti se používá redundance měření.
Global nebo GDGPS ( anglicky global DGPS - global DGPS ) - s pokrytím po celém světě.
Zobecněné blokové schéma konstrukce systémů DGPS zahrnuje tyto hlavní prvky: řídicí a korekční stanici; monitorovací stanice diferenciální korekce (SMDP); stanice pro přenos diferenciálních korekcí a varovných signálů (SPDP).
Řídicí a korekční stanice monitoruje integritu navigačních signálů a vypočítává diferenciální korekce. Pro účely kontroly integrity jsou zapojeny speciální monitorovací stanice, které kontrolují kvalitu radionavigačního pole a při poruchách a poruchách družice tvoří znamení poruchy. Monitorovací stanice diferenciální korekce kontroluje kvalitu. Zobecněné informace jsou generovány a přenášeny k uživateli prostřednictvím jednoho z dostupných komunikačních kanálů.
Podle způsobu dislokace (založení) existují 3 hlavní typy:
Je třeba poznamenat, že všechny typy funkčních doplňků nejsou protichůdné, ale vzájemně se doplňují.
V diferenciálním režimu se používá několik typů měření: kódová a pseudofáze (podle pozorování nosné fáze), stejně jako informace efemeridního času (přesná efemerida).
Kódové systémy jsou založeny na měření a zpracování pseudovzdáleností. anglický pseudorange . pseudovzdálenost - chybná vzdálenost mezi satelitem a přijímačem. Vypočteno z rychlosti šíření signálu a nesouladu mezi časovými stupnicemi na satelitu a v přijímači uživatele [27] ; obecně mají neomezený rozsah a jsou charakterizovány chybami lokalizace od zlomků po několik metrů [28] [29] .
Fázové systémy jsou stavěny na základě vzdálenosti určené k družici, implementované po vyřešení nejednoznačnosti, tedy nalezení celočíselného počtu vlnových délek, které se vejdou do měřené vzdálenosti. Vyznačují se vysokou přesností určování polohy (až zlomky centimetru), ale jejich oblast provozu je omezena na dosah 10 km a zřídka dosahuje 30 km. Pokles přesnosti závisí na korelaci vzdálenosti mezi základnou a roverem, tedy vzdálenosti mezi rovery a základnovou stanicí [28] [30] .
Informace o efemeridovém čase obsahuje souřadnice každého satelitu v referenčním rámci ITRF spolu s hodinovými korekcemi satelitů. Tyto informace jsou uvedeny pro každý satelit pro pravidelné epochy s intervalem 15 minut. Přesné efemeridy jsou produktem pro následné zpracování a jsou poskytovány specializovanými monitorovacími službami [31] .
Při vytváření diferenciálních korekcí se používají tři hlavní režimy provozu pomocí různých metod, přístupů a technologií:
Koncem 90. let, kdy byly i kapesní přijímače poměrně drahé, byly vyvinuty některé metody relativního určení GPS využívající 3 až 10 měřických bodů (statických a kinematických), které spočívaly ve zpracování skutečných měření s naměřenými daty získanými ze 2 a více přijímačů (přesnost až na 1-2 cm) a pro ně povinné Post processing. Tyto metody se nazývají kvazidiferenciální nebo relativní . V těchto metodách se pozorování provádějí s alespoň dvěma přijímači, z nichž jeden je umístěn v referenčním bodě se známými souřadnicemi a druhý je zarovnán s určovaným objektem. V relativní metodě jsou pozorování prováděná současně v referenčním bodě a v určovaném bodě zpracována společně, což vede ke zvýšení přesnosti řešení, ale vylučuje okamžitá řešení. V relativní metodě je definován vektor, který spojuje referenční a určené body, nazývá se vektor základní linie [19] .
Statika - Používá se k měření základních linií při vývoji státních geodetických sítí (GGS), studiu pohybů tektonických desek, při vývoji měřických sítí, zahušťovacích sítí, geodetických kůlů a dalších aplikovaných a technických staveb. Předpokládá vysokou přesnost na základních liniích až do 20 km a dlouhé, vícenásobné pozorování v délce alespoň 1 hodiny. Povinná aktualizace almanachu mezi sezeními vypnutím přijímače alespoň na 1 hodinu. Logicky jsou všechny zúčastněné přijímače statické. Statika zahrnuje všechny možné chyby výchozích bodů a měření.
Kinematika (Kinematika) – Používá se v topografických průzkumech, výkonných průzkumech a/nebo k vytváření tematických diagramů a kartogramů. Způsob, jak rychle určit souřadnice velkého počtu bodů. Velmi efektivní při měření velkého počtu těsně od sebe vzdálených bodů. Metoda nezahrnuje vypínání přijímače (aktualizaci almanachu) mezi pozorováními [34] . Logicky jsou všechny zúčastněné přijímače rozděleny na Bases (statický přijímač) a Rover (mobilní přijímač). Zahrnuje pouze chyby přímého měření v tuto chvíli.
Povinnou součástí těchto metod je Post processing.
Postprocessing (Postprocessing) - v širokém slova smyslu je to vše, co se děje po hlavních akcích. Dodatečné zpracování GPS měření zahrnuje přenos hrubých dat z přijímače do počítače a výpočet přijatých dat pomocí specializovaných programů.
Post-processing jako metoda DGPS se používá k získání přesných souřadnic a výšek neznámých bodů jejich přidružením ke známým bodům s referenčními značkami , body a znaménky . Logicky je postprocesing rozdělen na 3 části - samotný výpočet, úprava a přepočet z globálního (geografického) systému do nějakého lokálního (lokálního) metrického obdélníkového.
Výpočet spočívá ve výpočtu základních linií (vektorů) pomocí dat ze současných měření ze dvou nebo více GNSS přijímačů. Referenční čáry (vektory) jsou trojrozměrná čára nakreslená mezi dvěma body obsazenými každým párem antén GNSS. Následně zpracovaná měření umožňují přesnější určení polohy, protože většina chyb GNSS ovlivňuje každý přijímač v podstatě stejným způsobem, a proto se mohou vzájemně vylučovat.
nebo
podobně pro troposférickou chybu, efemeridovou chybu a relativistickou chybu. Poté zmizí chyby typické pro satelitní data: posun hodin; efemeris; relativistické efekty.
Přepočet spočívá ve stanovení „přechodových klíčů“ pro shodu globálních souřadnicových systémů (WGS84, PZ90 atd.) a lokálním a jednoduchém maticovém přepočtu . Nevyžaduje současné měření dvou nebo více přijímačů, lze provádět jedním GNSS přijímačem.
Úprava je matematický proces spojený s identifikací a odstraněním chyb.
Vytváření bodů družicové geodetické sítě 1. třídy se provádí relativními družicovými metodami pro určení souřadnic. [35]
Hlavní nevýhodou byla přítomnost vektorů: jelikož se pro výpočet složek základních linií používají souřadnice určených bodů, ovlivňuje to i přesnost určení přírůstků souřadnic mezi referenčním bodem a určeným bodem [19] .
Post Processing Kinematic neboli PPK se stal dalším vývojem relativních (kvazidiferenciálních) metod a přechodem k diferenciálním.
V diferenciální metodě jsou na základě výsledků pozorování v referenčním bodě nalezeny korekce odpovídajících parametrů pozorování pro neznámý bod nebo jeho souřadnice, to znamená, že pozorování jsou zpracovávána samostatně. Tato metoda poskytuje okamžitá řešení, vzhledem k referenční stanici [19] .
Metoda diferenciální korekce tedy spočívá v určení korekcí z referenčních stanic DGNSS s předem určenými souřadnicemi. Vzhledem k tomu, že souřadnice základny (řídící a korekční stanice) jsou známy s určitou přesností, do 1 metru pro navigační účely, do 20 cm pro geodézii a navigaci pomocí diferenciálních korekčních systémů a lokální řešení s přesností do 3 cm pro účely geodézie. Tyto souřadnice pak mohou být použity k výpočtu korekcí pro nově určené parametry polohy. [36] V zásadě existují dva způsoby přenosu korekcí přímo přes rádiový kanál (systém pozemních opakovačů) nebo přes komunikační satelit. Všechny systémy diferenciální korekce se tedy dělí na pozemní a satelitní.
Hlavní soubor technik a metod pro získávání plánovaných souřadnic a výšek bodů terénu pomocí získávání korekcí ze základnové stanice přijímaných zařízením uživatele v reálném čase je Real Time.
Real Time (režim reálného času) - znamená příjem korekcí z automatizovaných stanic s minimálním zpožděním. Přenos diferenciálních korekcí nebo EVI ze základnové stanice ke spotřebiteli lze provádět pomocí telefonu nebo rádiové komunikace, prostřednictvím satelitních komunikačních systémů (například INMARSAT), jakož i pomocí technologie digitálního přenosu dat RDS (Radio Data System). FM rádiové frekvence (VHF) [28] .
Informační zprávy následujících typů by měly být tvořeny jako součást informací v metodě diferenciální korekce, KKS:
Metoda Precise Point Positioning neboli metoda PPP je metoda, která využívá upřesněné efemeridy a čas (informace o efemeridách).
SDGPS (Satellite Differential GPS) - vyvinutý společností Thales v roce 2003 a používaný v systému SkyFix XP. Využívá zcela novou metodu založenou na stávající globální síti referenčních stanic Thales k nepřetržitému sledování všech satelitů na jejich oběžné dráze a generování korekčních dat nezávislých na referenční stanici. Jedná se o plně dynamické, vysoce přesné a absolutně spolehlivé korekční informace dostupné pro jakékoli místo, bez ohledu na blízkost referenční stanice. Díky tomu je systém skutečně globální, bez omezení dosahu od diferenciální korekční stanice a poskytuje korekční informace pro samotný satelit GPS, spíše než pro konkrétní oblast (pokrytou referenční stanicí). Tyto informace jsou získávány nepřetržitým sledováním všech satelitů po celé jejich oběžné dráze pomocí globální sítě referenčních stanic, která zase identifikuje, izoluje a měří každý jednotlivý zdroj chyb a poskytuje kompletní sadu korekcí pro každý satelit GPS. Tato sada korekcí obsahuje samostatné korekce pro každý jednotlivý zdroj chyb družice a jako taková může být použita kdekoli, bez ohledu na vzdálenost od referenční stanice, díky čemuž je systém skutečně globální bez omezení dosahu.
Lokální troposférické a ionosférické chyby jsou eliminovány na uživatelské úrovni v rámci výpočtu polohy a pomocí dvoufrekvenčního příjmu GPS. Vícecestný a přijímaný šum je odstraněn pomocí pozorování nosné fáze. [38]
V konvenčním diferenciálním GPS využívajícím EMI se korekční data stávají téměř neplatnými ve vzdálenosti asi 2000 km od referenční stanice. V SDGPS je dosahováno horizontální přesnosti (10 cm) a vertikální přesnosti (20 cm) bez ohledu na vzdálenost od referenční stanice. Navigační pole se tak stává bezproblémovým a jednotným [39] .
V roce 1998 bylo ve 28 zemích 187 rádiových majáků [2] .
Podle údajů americké pobřežní stráže v roce 2015 již 47 zemí používalo diferenciální korekční systémy. [40]
Systémy diferenciální korekce jsou umístěny po obvodu cca. Island, podél pobřeží Itálie a dalších evropských zemí. Jejich umístění v Číně, Indii, Jižní Africe, Velké Británii je také známé [2] .
Kompletní seznam mořských majáků vybavených kontrolními a korekčními stanicemi k prosinci 2019 ve světové databázi [41] .
Ruská federace i přes rozsáhlé pobřeží a vlastní navigační systém až do přijetí radionavigačního plánu členských států Společenství nezávislých států v roce 2010 neměla vlastní systémy DGPS, nepočítaje v to rozptýlené komerční projekty. V roce 2016 byl nasazen širokoplošný diferenciální korekční systém pro ruský navigační satelitní systém GLONASS .
Evropská síť DGPS byla vyvinuta především finskou a švédskou námořní správou s cílem zlepšit bezpečnost na souostroví mezi oběma zeměmi. Po zániku navigačního systému Decca v roce 2000. K projektu se připojilo Spojené království a Irsko Se sítí 12 vysílačů rozmístěných kolem pobřeží a třemi kontrolními stanicemi začal jeho zřizování v roce 1998 provozovatelé majáků Trinity House pokrývající Anglii, Wales a Normanské ostrovy, Northern Lighthouse Council. pokrývající Skotsko a Isle of Man a Commissioners of Irish Lights pokrývající celé Irsko. Než byl systém prohlášen za provozuschopný, byl testován a byly přidány dva další vysílače. Přenos informací v pásmu 300 kHz byl zahájen v roce 2002. [42]
V roce 1997 Beacon Co. Egypt a divize námořních systémů společnosti MacDonald Dettwiler (dříve CANAC/Microtel Maritime Information Systems Group) získaly zakázku na poskytování kompletního národního systému DGPS pro egyptské přístavy a majáky. Tato smlouva zahrnuje návrh, nákup, integraci, tovární testování, dodávku, konfiguraci a testování v terénu egyptské námořní DGPS.
Systém se skládá z 1 řídící stanice připojené k 6 DGPS monitorovacím a reléovým stanicím prostřednictvím HF rádiové sítě. Záložní přístup do sítí se provádí vytočením čísla ze standardních telefonních linek.
Každá monitorovací a přenosová stanice vysílá kromě standardních signálů GPS korekce DGPS na standardní frekvenci námořního majáku. Tyto změny umožňují egyptským a mezinárodním námořním komunitám určit svou polohu s přesností více než 5 metrů, což je významné zlepšení oproti přesnosti na 100 metrů, kterou poskytují komerčně dostupné technologie GPS.
Systém DGPS implementuje architekturu odolnou vůči chybám s dvojitou redundancí ve všech klíčových zařízeních. Pokud dojde k poruše některého zařízení, architektura systému zajistí jeho nepřetržitý provoz. Všechna porušení v práci jsou okamžitě hlášena kontrolnímu monitoru.
KKS (Opravná stanice řízení) | Název (NÁZEV STROJE) | ID stanice | Dojezd (KILOMETERS) | Identifikátory rádiového signálu (IDRS) | Frekvence (kHz) | Přenosová rychlost ((Bps) |
---|---|---|---|---|---|---|
Port Said | Port Said 1 a Port Said 2 | 321 | 324 | 442 a 443 | 290,0 | 200 |
Alexandrie | Alexandrie 1 a Alexandrie 2 | 320 | 278 | 440 a 441 | 284,0 | 200 |
Mersa Matrou | Mersa 1 a Mersa 2 | 324 | 378 | 448 a 449 | 307,0 | 200 |
Ras Umm Sid | Rasummsid 1 a Rasummsid 2 | 322 | 234 | 444 a 445 | 293,5 | 200 |
Ras Gharib | Ras Gharib 1 a Ras Gharib 2 | 323 | 278 | 446 a 447 | 298,0 | 200 |
Quseir | Quseir 1 a Quseir 2 | 325 | 482 | 450 a 451 | 314,5 | 200 |
Kanadský systém je podobný americkému systému a je určen pro použití především na moři. Pokrývá pobřeží Atlantiku a Pacifiku, oblast Velkých jezer a řeku St. Lawrence River . Kanadský námořní diferenciální globální polohový systém funguje na NAD 83 (Severní Amerika 1983, není nutná žádná konverze z WGS 84). Navigační služba DGPS nejen zlepšuje přesnost standardní služby určování polohy (SPS), ale také poskytuje integritu, monitorování a hlášení v reálném čase. Signál je šířen v rozsahu od 285 kHz do 325 kHz. rychlost přenosu dat je standardní pro rádiové majáky 200 (Bps). Celý systém se skládá z 19 KKS a je rozdělen do několika segmentů: tichomořské pobřeží (Alert Bay, Amphitrite Point, Richmond a Sandspit), Velká jezera a záliv svatého Vavřince, (Wiarton, Cardinal, Saint-Jean-sur -Richelieu, Lauzon, Riviere du Loup, Moisy), pobřeží Atlantiku (Saint-Jean-sur-Richelieu, Lauzon, Rivière-du-Loup, Moisy, Partridge Island, Cape Escuminac, Fox Island, West Head), východní pobřeží (Cape Hartlen, Cape Race, Cape Ray, Cape Norman, Rigolet) [44] .
Kanada také až do dubna 2011 provozovala systém GPS Correction (GPS·C) podporovaný kanadským systémem aktivního monitorování a přírodními zdroji Canada. Systém pokrýval většinu Kanady. Při použití s vhodným přijímačem GPS·C zvýšil přesnost v reálném čase na přibližně 1-2 metry s nominální přesností 15 metrů. Data v reálném čase byla shromážděna ze čtrnácti stálých pozemních stanic rozmístěných po celé Kanadě a odeslána do centrální stanice NRC1 v Ottawě ke zpracování. Informace GPS·C byly vysílány po celé Kanadě na MSAT pomocí CDGPS, což je zkratka pro Canada-Wide DGPS Correction Service. CDGPS vyžadoval samostatný přijímač MSAT, který vydává korekční informace ve formátu RTCM pro vstup do jakéhokoli vhodně vybaveného přijímače GPS. Potřeba samostatného přijímače jej učinila méně nákladově efektivním než řešení jako WAAS nebo StarFire, které přijímají své korekční informace ze stejné antény a přijímače. Dne 9. dubna 2010 bylo oznámeno, že služba ukončí provoz do 31. března 2011. Služba byla vyřazena z provozu 31. března 2011 a trvale zastavena 1. dubna 2011 v 9:00 ET.
Název stanice | umístění | Datum provozu | souřadnice |
---|---|---|---|
ALBH | Kanadská silová základna, Esquimalt, British Columbia (poblíž Victorie, British Columbia ) | 1992-05.11 . 2022 | 48°23′23″ s. sh. 123°29′14″ západní délky e. |
ALGO | Algonquin Space Complex, Algonquin Provincial Park , Ontario | 1991-01.11 . 2022 | 45°57′20″ N sh. 78°04′16″ západní délky e. |
CHUR | Regionální seismická stanice Geological Survey of Canada, Churchill, Manitoba | 1993-04.11 . 2022 | 58°45′32″ severní šířky sh. 94°05′19″ západní délky e. |
DRAO | Dominion Radio Astrophysical Observatory, Penticton, British Columbia | 1991-02.11 . 2022 | 49°19′21″ s. sh. 119°37′27″ západní délky e. |
2 EUR | Budova New Environment Canada Weather Station, Eureka, Nunavut | 2005-10-09.11 . 2022 | 79°59′20″ s. sh. 85°56′15″ Z e. |
FRDN | Hugh John Fleming Forestry Complex, v blízkosti University of New Brunswick ve Fredericton, New Brunswick | 2003-02.11 . 2022 | 45°56′00″ s. sh. 66°39′35″ západní délky e. |
HLFX | Bedford Institute of Oceanography , Dartmouth, Nova Scotia | 2001-12-19.11 . 2022 | 44°41′00″ s. sh. 63°36′40″ Z e. |
NRC1 | Institut pro národní standardy měření, Národní výzkumné centrum, Ottawa, Ontario | 1995-04.11 . 2022 | 45°27′15″ severní šířky sh. 75°37′25″ Z e. |
PRDS | Dominion Observatory v Priddis, Alberta (poblíž Calgary, Alberta ) | 1997-01-07.11 . 2022 | 50°52′16″ N sh. 114°17′36″ západní délky e. |
SCH2 | Radiotelekomunikační zařízení Transport Canada, Schefferville, Quebec | 1997-06-29.11 . 2022 | 54°49′55″ severní šířky sh. 66°49′57″ západní délky e. |
STJO | Geomagnetická pozorovací stanice Geological Survey of Canada (NRCan), St. John's, Newfoundland | 1992-05.11 . 2022 | 47°35′42″ s. sh. 52°40′39″ západní délky e. |
DROBET | Whitehorse, Yukon | 1996-06.11 . 2022 | 60°45′01″ s. sh. 135°13′19″ západní délky e. |
VYHRAJTE | Budova NavCanada Winnipeg Area Control Center, Winnipeg, Manitoba | 1997-01-09.11 . 2022 | 49°54′02″ s. sh. 97°15′34″ západní délky e. |
VÝKŘIK | Yellowknife, Severozápadní teritoria | 1991-01.11 . 2022 | 62°28′51″ s. sh. 114°28′50″ západní délky e. |
Austrálie provozuje tři DGPS: jeden hlavně pro námořní navigaci, vysílá svůj signál v rozsahu dlouhých vln a má 12 rádiových majáků umístěných podél pobřeží; druhý se používá pro pozemní průzkumy a pozemní navigaci a má korekční vysílání v komerčním pásmu FM rádia. Třetí na letišti v Sydney se v současné době testuje na přesnost přistání letadel (2011) a minimálně do roku 2015 bude sloužit jako záloha nástroje přistávacího systému. Opravy polohy letadla jsou vysílány prostřednictvím leteckého VKV pásma [46] [2] .
Austrálie a Nový Zéland v roce 2018 oznámily zahájení výzkumu a vývoje druhé generace systému SBAS pro své provozní oblasti. Pracuje se na použití vícefrekvenčního a vícemístného přístupu ke snížení chyb, které systém první generace, jako je WAAS, nezvládne. Studie také využívá PPP jako součást návrhu [47] . Očekává se, že výsledný systém bude spolehlivě poskytovat subcentimetrovou přesnost.
USA provozuje alespoň 4 DGPS systémy:
Americký Federální úřad pro letectví spravuje systém globálního diferenciálního šíření (WAAS) navržený ke zlepšení přesnosti určování polohy a spolehlivosti navigačních zařízení GPS. A National Oceanic and Atmospheric Administration spolupracuje se sítí amerických kotevních stanic CORS, navigační systém StarFire podporuje americká společnost John Deere . Také ve Spojených státech je služba National DGPS Service (NDGPS - Nationwide DGPS) provozována a vyvíjena americkou pobřežní stráží, která poskytuje zvýšenou přesnost a integritu informací GPS pro uživatele ve Spojených státech a přilehlých vodách. Systém je rozšířením předchozí verze - Maritime Differential GPS (MDGPS). Služba vysílá korekční signály na frekvencích námořních rádiových majáků pro zlepšení přesnosti určování polohy. Pobřežní hlídka poskytuje přesnost 10 metrů (2 dRMS) ve všech stanovených oblastech pokrytí. A výrazně se zvyšuje u vjezdů do přístavu až na 1 - 3 metry. Systém poskytuje služby kontinentálním Spojeným státům, Velkým jezerům, Portoriku, částem Aljašky, Havaje a velké části povodí řeky Mississippi. Pobřežní stráž Marine Differentiated Global Positioning Service nasazena do 15. března 1999, jak bylo oznámeno v tiskové zprávě DOT. V březnu 2018 USCG oznámila, že bude vyřazovat z provozu stanice DGPS [48] [49] . Do konce roku 2019 byla většina stanic v USA a Japonsku připravena k vyřazení z provozu (uvedena jako vyřazená z provozu nebo ve stavu vyřazení z provozu). Provoz reléových pozemních stanic bude ukončen do září 2020. Systém bude převeden do vesmírného segmentu. [padesáti]