Přesnost měření GPS systému po vypnutí umělé degradace SA

Accuracy of GPS Measurement after Discontinued Degradation Feature SA

Brodský Lukáš, Vaněk Václav

Abstract

Degradation feature Selective Availability (SA) of the Global Position System (GPS) was discontinued on May 1st. 2000. Civilian users of standard GPS receivers are able to pinpoint locations more accurately than before. For attaining better accuracy is still necessary to keep measuring with GPS receiver in appropriate conditions. This paper is focused on measuring a horizontal error with different site conditions.

Dne 1. května 2000 bylo ohlášeno rozhodnutí o zrušení umělé degradace signálu (SA) družic NAVSTAR navigačního systému GPS. Důsledkem zrušení tohoto významného zdroje chyb je zvýšení přesnosti měření standardních GPS přijímačů.

Přesnost vyhodnocení prostorových souřadnic je dána širokým souborem faktorů:

* terénní podmínky (volné šíření signálu k přijímači; při příjmu odraženého signálu od okolních objektů se vypočítá pseudovzdálenost),

* počet “viditelných” družic a síla jejich signálů,

* geometrické uspořádání družic (obr. 1.),

* počet možných paralelně přijímaných signálů z družic (dáno typem přijímače, dnes již běžně dvanácti kanálové přijímače),

* vliv ionosféry a troposféry (ionosférická a troposférická refrakce signálů, ohyb signálu při přechodu do jiné vrstvy),

* chyby družicových hodin a hodin přijímače (nepřesnost oscilátorů),

* odklonění družic od svých drah,

* šum přijímače.

K posouzení přesnosti měření po vypnutí SA byl použit standardní 12 kanálový GPS přijímač firmy Garmin (GPS II+) s externí anténou. Měření chyby bylo omezeno pouze na horizontální rovinu bez použití funkce průměrování v GPS přijímači. Při měření chyb v osách x, y byl brán též zřetel na časovou závislost chyby měření. Pro posouzení vlivu okolního prostředí bylo uskutečněno porovnání měření (záznam 1000 souřadnic stabilního bodu) ve volném prostoru a při částečném zakrytí obzoru (polovina oblohy), který se neměnil.

1. Geometrie uspořádání družic

méně vhodná geometrie dobrá geometrie

Z výsledků měření a statistického vyhodnocení (tab. I.) byla zjištěna chyba ve volném prostranství 1,8 m v ose x a 2,8 m v ose y s 95% pravděpodobností. V grafu č. 2 je znázorněno kolísání zaznamenaných horizontálních souřadnic stabilního bodu (v metrech) ve volném prostranství a v grafu č. 3 kolísání při měření v částečně zastíněném prostoru. Z grafu č. 4 a 5 je zřetelná i časová závislost horizontální chyby měření ve volném prostoru a částečně zastíněném prostoru. Zejména v grafu (č. 5) je vidět nepravidelnost odchylky měření. Vysoká odchylka okolo hodnot 4000 a 5000 s mohla být způsobena změnou geometrie uspořádání družic, která má vyšší vliv především při měření v částečně zastíněném prostoru.

I. Výsledky měření chyb

Je nutno přihlédnout k tomu, že měření proběhlo pouze v omezeném časovém intervalu během dne. Při měření celých 24 hodin by výsledná chyba měření mohla být vyšší, především z důvodů změny geometrie uspořádání družic.

2. Horizontální chyba měření ve volném prostoru

3. Horizontální chyba měření v částečně zastíněném prostoru

Měření metodou DGPS bylo dříve využíváno především k potlačení chyb vzniklých umělou degradací SA. Touto metodou se však také snižuje chyba vzniklá nepřesností družicových hodin, oběžných drah a částečně se snižuje vliv ionosféry a troposféry. Lze tedy předpokládat, že měřením pomocí DGPS bude dosaženo vyšší přesnosti, která se projeví především v nižších výkyvech v časové závislosti. Problém využívání korekcí DGPS je v ceně a hlavně v kvalitě těchto dat vzhledem k lokalitám měření. Při využívání DGPS korekcí z referenčních stanic vzdálených od lokality měření okolo 500 km ztrácí využití těchto dat smysl. Nejlepších výsledků bylo dosaženo v okruhu do 50 km od vysílače referenční stanice. Z ekonomických důvodů není zatím v naší republice plně v provozu referenční stanice. Pořizování soukromých referenčních stanic s rádiovým přenosem dat je při četnosti měření ekonomicky neúnosné.

1. Časová závislost horizontální chyby měření ve volném prostoru

2. Časová závislost horizontální chyby měření v částečně zastíněném prostoru

Odstraněním umělé degradace SA se podstatně zlepšila přesnost měření standardních GPS přijímačů. Protože ale zdrojů chyb měření je více, je třeba pro zvýšení přesnosti měření vytvářet vhodné podmínky měření přijímače.