PPP-RTK a hálózati RTK jövője?

Átírás

1 1 PPP-RTK a hálózati RTK jövője? Horváth Tamás FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium Penc Rédey Szeminárium, BME, 006. április 6., Budapest

2 Tartalom Emlékeztető Mérés-tér, állapot-tér PPP PPP-RTK

3 Emlékeztető Az abszolút GNSS helymeghatározást terhelő hibaforrások A hagyományos RTK korlátai Hálózati RTK eljárások 3

4 Méréstér-modellezés Mérés-tér = Observation Space A relatív módszer (DGNSS, RTK) jellemzője A hibák hatásának meghatározását tekinti alapfeladatnak (és nem a hibaforrások modellezését) A kód- ill. fáziskorrekciók a GNSS méréseket terhelő hibák összesített hatását tudják csak kimutatni Kis területre korlátozódik a felhasználhatóság Másodpercenkénti adattovábbítás nagy sávszélesség igény Mérés-tér megvalósítás/ábrázolás = Observation Space Representation (pl. RINEX, DGNSS, RTK, VRS, FKP, MAC) 4

5 Állapottér-modellezés Állapot-tér = State Space Az abszolút helymeghatározás jellemzője A GNSS méréseket terhelő hibaforrások modellezését tekinti alapfeladatnak Állapot-tér Modell = modell algoritmusok + modell paraméterek Modellparaméterek = ismeretlen paraméterek állapotvektora + variancia/kovariancia mátrix Sokkal pontosabban írja le a GNSS mérések valódi fizikai hátterét Jobban szétválaszthatóak a hasonló hatású hibaforrások 5

6 Állapottér-modellezés. Az egyes hibaforrások (paraméterek) változásának sebessége különböző: A paraméterek dinamikája Műhold óra max. 10 s Műhold pálya 3 h Ionoszféra 10 s 10 m Troposzféra h 6

7 Állapottér-modellezés 3. Az egyes hibaforrások (paraméterek) változásának megfelelő gyakoriságú az adattovábbítás Adattovábbítás gyakorisága és érvényessége Műhold óra néhány s globális Műhold pálya m globális Ionoszféra 10 s 10 m globális/regionális Troposzféra néhány m regionális Állapot-tér megvalósítás minimális sávszélességet igényel: bps, függetlenül a felhasználók számától! Szemben a Mérés-tér megvalósítás sávszélesség igényével: >=400 bps/felhasználó (RTCM RTK) 7

8 Állapottér-modellezés 4. Extrapoláció sokkal ritkább referenciaállomás hálózattal ugyanazt az eredményt lehet elérni Az állapotvektor és a variancia/kovariancia mátrix átadása lehetővé teszi hálózatok szabatos kombinációját Hierarchikus hálózatok, hálózatok együttműködése Állapot-tér megvalósítás/ábrázolás = State Space Representation (pl. SBAS, PPP, PPP-RTK) Nagy területet (kontinentális, globális megoldás) lehet ellátni ugyanazon állapotvektorral Műholdas sugárzás A legjobb lenne közvetlenül a GNSS holdakról küldeni az állapotvektort, e felé haladunk, de eltarthat akár 6-10 évig is! 8

9 PPP PPP = Precise Point Positioning (Precíz Abszolút Helymeghatározás ) Pl.: NASA JPL (GDGPS), NRCan, Fugro (OmniStar XP), NavCom (StarFire) Különbségképzés nélküli, két(több)frekvenciás mérési mennyiségek Globális referenciaállomás-hálózatra támaszkodik (kb állomás) Referenciaállomás korrekciók helyett precíz műhold pályaadatok és órakorrekciók (állapot információk) továbbítása valós időben A vevő órahibát és a troposzféra hatását becsülni kell 9

10 PPP. Az ionoszféra hatását az ionoszféra mentes lineáris kombináció felhasználásával küszöbölik ki (kétfrekvenciás rover vevők) Φ (L1) iono α 1 = f 1 f 1 = α 1 Φ + α Φ (L1) (L) free f.546 α = f f 1 1 f f Elvész a ciklus-többértelműség egész szám jellege Hosszú konvergencia idő (0-45 min), Kálmán szűrő Deciméteres pontosság globálisan 10

11 PPP-RTK PPP-RTK = RTK Hálózatra Támaszkodó Precíz Abszolút Helymeghatározás Pl.: Geo++ GNSMART GNSS SMART = State Monitoring And Representation Technique Cél: megőrizni a ciklus-többértelműség egész szám jellegét (RTK) cm-es pontosság Nem alkalmaz lineáris kombinációt Az atmoszférikus hibákat is modellezi, állapotinformációval rendelkezik az ionoszférára és a troposzférára is Sűrűbb hálózat szükséges, mint a PPP esetén A teljes állapotinformáció továbbításra kész Inicializálás néhány másodperc alatt 11

12 PPP-RTK. Geo++ GNSMART által alkalmazott előzetes korrekciók: Műhold phase wind-up Abszolút műhold antenna PCV Állomás mozgás: árapály hatása (szilárd kéreg, pólus, óceán), atmoszféra nyomása, helyi mozgások Relativisztikus korrekciók Magasabb rendű ionoszféra korrekciók Abszolút vevő antenna PCV 1

13 PPP-RTK 3. Geo++ GNSMART által becsült állapot paraméterek: Paraméter Műhold órahiba Műhold oldali jelkésés (csoportkésés) Műhold pályahiba Ionoszféra hatása Troposzféra hatása Funkcionális és Sztochasztikus modell Eltérés a broadcast órától, Dinamikus másodfokú polinom + fehér zaj Konstans + fehér zaj Eltérés a broadcast pályaelemektől (3D hibák), Gauss- Markov folyamat 3 lépcsős modell: - Dinamikus 1 vagy többrétegű modell, D polinom vagy gömbharmonikusok -Műhold függő dinamikus eltérések - 3D Gauss-Markov folyamat a maradékhibákra Niell troposzféra modell + 3 lépcsős modell a maradékhibákra: - Dinamikus modell, 3D polinom vagy gömbharmonikusok - Dinamikus ferdeségi szorzó javítás alacsony magassági szögre - Dinamikus állomásfüggő zenitkésés paraméterek 13

14 PPP-RTK 4. Paraméter Multipath (opcionális) Ciklustöbbértelműség Vevő koordináták (opcionális) Vevő órahiba Vevő oldali jelkésés (csoportkésés) Funkcionális és Sztochasztikus modell Magassági szög- ill. SNR-függő súlyozás Konstans Statikus vagy kinematikus az ismeretlen állomásokra Fehér zaj Konstans + fehér zaj Hálózat kiegyenlítés: Kálmán szűrő 14

15 PPP-RTK 5. Miért nem terjedt el eddig a valós idejű PPP és a PPP- RTK? Ugyanazokat a modell algoritmusokat kell a hálózati kiegyenlítéskor és a rover helymeghatározásakor használni Szabványban kell rögzíteni a modell algoritmusokat Szabványos formában kell az állapotvektor egyes elemeit továbbítani A szabványosítás közismerten nagyon hosszadalmas folyamat 15

16 Az előadáshoz felhasznált irodalom elérhető az Interneten: 16

17 Köszönöm a figyelmet! Horvath@gpsnet.hu