Plaatsbepaling met Global Navigation Satellite Systems GNSS Basisbeginselen

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Plaatsbepaling met Global Navigation Satellite Systems GNSS Basisbeginselen"

Tania de Smedt
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Plaatsbepaling met Global Navigation Satellite Systems GNSS Basisbeginselen

2 GNSS Basisbeginselen Inhoud Algemene kenmerken Systeem componenten Principe Afstand Positie Afstand bepaling code waarnemingen fase waarnemingen Fouten bronnen Differentiële metingen 2

3 Even terug in de tijd 3

4 Hoekmeting Sinds oudheid weinig fundamentele veranderingen Romeinse Groma Hollandse Cirkel Dubbel pentagoon prisma 4

5 Hoekmeting Sinds oudheid weinig fundamentele veranderingen Grafometer Repetitiecirkel Wild T2 (1923) 5

6 Afstandsmeting Weinig fundamentele veranderingen... Landmetersketting Meetband 6

7 Evolutie Gecombineerde hoek- en afstandsmeting Tekst 7

8 Revolutie! GPS 8

9 Titel Ondertitel Tekst 9

10 Satellieten in baan om aarde 10

11 Satellieten in baan om aarde 11

12 GNSS Basisbeginselen Algemene Kenmerken Doel van elk GNSS Nauwkeurige plaatsbepaling Wereldwijde dekking 24 uur toegang Algemeen coördinatenstelsel Gratis mogelijkheden zijn beperkt Volledige mogelijkheden voor Defensie en / of betalende gebruikers 12

13 GNSS Basisbeginselen Systeem componenten Ruimte Segment Gebruiker Segment Master Station Monitor Stations Controlle Segment 13

14 Controle segment 14

15 GPS vs GNSS 15

16 GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM Oorspronkelijk Militair km hoogte Nu 35 satellieten (minimaal 24) Nu twee frequenties (L1 + L2) In toekomst 3e frequentie (L5) 16

17 GLONASS GLObalnaja NAvigatsionnaja Spoetnikovaja Sistema km hoogte Nu 20 satellieten (18 operationeel) Nu twee frequenties (L1 + L2) In toekomst 3e frequentie (L3) 17

18 Galileo Vernoemd naar Galileo Galileï km hoogte 30 satellieten gepland (waarvan 3 reserve) Geplande frequenties E1, E5a, E5b, Alt-BOC Planning operationeel in 2018? 18

19 Compass Oorspronkelijke naam Beidou (grote beer in het Chinees) Aantal satellieten geostationair Ook satellieten in banen om aarde Testsatellieten al gelanceerd Frequenties nog niet vastgesteld In 2009 / 2010 staan 10 lanceringen gepland 19

20 GNSS Basisbeginselen Afstand Afstand = Tijd x Lichtsnelheid 20

21 GNSS Plaatsbepaling Punt dmv meerdere afstanden R3 R1 R2 3 bollen snijden op 1 punt 3 afstanden oplossen voor Latitude, Longitude en Hoogte 21

22 GNSS Basisbeginselen Plaatsbepaling De satellieten zijn als het ware referentiepunten in de ruimte Er worden afstanden gemeten naar elke satelliet door middel van tijd afhankelijke codes De klok in een satellietontvanger is veel goedkoper dan de atoomklok in een GNSS satelliet Een radiogolf beweegt zich voort met de lichtsnelheid ( m/s) Afstand = Snelheid x Tijd Dus door klokfout in de satellietontvanger: 1/10 seconde fout = km fout 1/ seconde fout = 300 m fout 22

23 GNSS Basisbeginselen Punt Plaatsbepaling 4 afstanden op te lossen voor Latitude, Longitude, Hoogte en Tijd Principe is zelfde als vrije standplaatsbepaling in landmeetkunde 23

24 GNSS Basisbeginselen Afstand bepalen door Code waarnemingen Pseudorange (Code) GPS en Galileo: Elke satelliet zend een uniek signaal dat zichzelf herhaalt Glonass: Elke satelliet zend hetzelfde signaal dat zichzelf herhaalt De ontvanger vergelijkt een zelf gegenereerd signaal met het door de satelliet verzonden signaal Uit het tijdverschil tussen de twee signalen wordt een afstand berekend. De klok van de satellietontvanger moet dus gesynchoniseerd worden met de klok van de satelliet T D = V ( T) Onvangen Code Van Satelliet Gegenereerde Code in Ontvanger 24

25 GNSS Basisbeginselen Afstand bepalen door fase waarnemingen Fase Waarnemingen Verschillende golflengte afhankelijk van Frequentie (e.g: GPS L1: λ = 19cm, GPS L2: λ = 24cm) Ontvanger vergelijkt een zelf gegenereerde golf (fasesignaal) met de golf uit de ontvanger Het aantal gehele golflengtes (meerduidheden) is onbekend als de ontvanger wordt aangezet. Zo lang de satelliet gevolgd wordt kan het verschil in afstand waargenomen worden (het aantal gehele golflengtes blijft constant) T D = c T + λn Ontvangen Satelliet golf (fase) Golf gegeneerd Door Ontvanger 25

26 GNSS Basisbeginselen Fase meerduidigheden De fase meerduidigheden worden bepaald door over langere tijd te meten (draaggolf wordt constant gemeten) Time (0) Time (1) Ambiguity Ambiguity Initial Phase Measurement at Time (0) Measured Phase Observable at Time (1) 26

27 GNSS Basisbeginselen Meerduidigheden oplossen Zodra de meerduidigheden zijn opgelost, wordt de nauwkeurheid van de meting niet meer significant beter Zie het effect van het oplossen van de meerduidigheden hieronder Accuracy (m) 1.00 Ambiguities Not resolved Ambiguities Resolved Static RTK Time (secs) 27

28 GNSS Basisbeginselen Waarnemingsfouten GNSS signalen worden uitgezonden via radiogolven We nemen aan dat de golf zich met de lichtsnelheid voortbeweegt GNSS signalen komen door een aantal atmosferische lagen om de aarde te bereiken Bij elke laag wordt het signaal vertraagd Deze vertraging resulteert in een fout in de berekende afstand tussen ontvanger en satelliet Km 200 Km 50 Km Ionosphere Troposphere 28

29 GNSS Basisbeginselen Multipath Een satellietsignaal kan weerkaatsen op verschillende obstructies Eerst komt het signaal binnen via de directe route, maar later nog eens via de gerefleceerde route (gebouw / auto / water) 29

30 GNSS Basisbeginselen Nauwkeurigheden In theorie bedraagt de nauwkeurigheid ca 10 meter gebaseerd op de codewaarnemingen 30

31 GNSS Basisbeginselen Vraag V: Hoe wordt mijn nauwkeurigheid beter? A: Gebruik differentiële metingen 31

32 GNSS Basisbeginselen Differentiële metingen De positie van Rover B kan ten opzichte van Referentie A bepaald worden mits: De coördinaten van A bekend zijn Gelijktijdige waarnemingen Differentiële plaatsbepaling Heft fouten op in de satellietklok en ontvangerklok Minimaliseert fouten door vertraging door de atmosfeer A Baseline Vector B Hoge nauwkeurigheid 32

33 GNSS Basisbeginselen Differentiële Code/Fase Wanneer alleen code gebruikt wordt dan is de nauwkeurigheid 30-50cm We noemen dit DGPS Als Fase waarnemingen gebruikt worden of Code & Fase worden gecombineerd, dan is de nauwkeurigheid ca. van 1cm + 1ppm A Baseline Vector B We noemen dit RTK 33

34 GNSS Basisbeginselen Dilution of Precision (DOP) Geeft een indicatie van de invloed van de stand van de satellieten (constellatie) op de nauwkeurigheid in een bepaalde richting GDOP (Geometrical) Omvat Lat, Lon, Hoogte & Tijd PDOP (Positional) Omvat Lat, Lon & Tijd HDOP (Horizontal) Omvat Lat & Lon VDOP (Vertical) Omvat alleen Hoogte Good Poor GDOP 34

35 GNSS Basisbeginselen Coordinate Quality (CQ) CQ waarde is gebaseerd op de standdaardafwijking en een aantal andere wiskundige factoren CQ waarde is zo berekend dat er tenminste een kans is van 2/3 dat de berekende coördinaten minder dan de CQ waarde afwijken van de werkelijke coördinaten De hoogte nauwkeurigheid is altijd slechter dan de 2D nauwkeurigheid (meestal x 1.5) 35

36 GNSS Basisbeginselen Real Time metingen 3 Categoriën Navigatie oplossing (TomTom) Real Time differentiële code - DGPS cm Real Time differentiële fase - RTK 1 cm + 1ppm 36

37 GPS Basisbeginselen Navigatie oplossing nauwkeurigheid ca 10 m Voor TomTom / Garmin / scheepvaart / enz. Niet geschikt voor landmeten of precieze navigatie (vliegtuig bij landing) 37

38 GNSS Basisbeginselen DGPS Bij Referentie Coördinaten bekend Ontvangt alle satellieten Correcties berekenen per satelliet Correcties doorzenden via communicatielink radio / gsm / internet Bij Rover Rover ontvang gegevens via communicatielink Rover coördinaten worden gecorrigeerd door toepassen correcties Nauwkeurigheid cm 38

39 GNSS Basisbeginselen RTK Bij referentie Coördinaten bekend Ontvangt alle satellieten Zend de GNSS meetdata en coördinaten van referentiestation door naar Rover via communicatielink Bij Rover Ontvangt de GNSS meetdata en coördinaten via communicatielink Rover gaat adhv gegevens de meerduidigheden uitrekenen Nauwkeurigheid 1cm + 1ppm 39

40 DGPS Ionosfeer Troposfeer x x 40

41 Netwerk GNSS 41

42 GNSS Voordelen Bewezen technologie In weer en wind meten, onafhankelijk van licht, regen, mist enz. Eenvoudige configuratie (antenne = coördinaten) GS15 GS10 42

43 GNSS Nadelen Lagere precisie dan traditioneel landmeten, bijvoorbeeld Total Station Meet niet of slecht in de buurt van bomen / bebouwing of andere obstructies! 43

Vergelijkbare documenten

GPS: een overzicht. techniek, methoden en toepassingen. Jeroen Zomerdijk LNR Globalcom 19 maart 2002 Hogeschool van Utrecht Opleiding Geodesie

GPS: een overzicht. techniek, methoden en toepassingen. Jeroen Zomerdijk LNR Globalcom 19 maart 2002 Hogeschool van Utrecht Opleiding Geodesie GPS: een overzicht techniek, methoden en toepassingen Jeroen Zomerdijk LNR Globalcom 19 maart 2002 Hogeschool van Utrecht Opleiding Geodesie Inhoudsopgave 1 GPS: de Techniek 2 Meetmethoden 3 Verstoringen