GNSS állapot-tér adatok előállítása és továbbítása

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "GNSS állapot-tér adatok előállítása és továbbítása"

Árpád Benjámin Pintér
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 GNSS állapot-tér adatok előállítása és továbbítása Horváth Tamás FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium Tea előadás Penc, január 27.

2 Tartalom Mérés-tér / Állapot-tér Az állapot-tér modellezés jellemzői Rendelkezésre álló adatok Szabványosítás Kiszoríthatja-e a PPP a hálózati RTK-t? 2

3 Mit szeretnének a GNSS felhasználók? Minél nagyobb pontosságot (cm) Bárhol Gyorsan (néhány másodperc alatt) Nagy megbízhatósággal Olcsón 3

4 A GNSS hibaforrások Műhold hw késés Műhold órahiba Műhold antenna (PCV) Műhold pályahiba Ionoszféra Troposzféra Multipath Vevő antenna (PCV) Vevő órahiba Vevő hw késés X Z Y WGS 84 4

5 GNSS helymeghatározás típusai DGNSS és RTK: relatív helymeghatározás a referenciaállomások nyers távolságméréseit és/vagy távolság korrekcióit továbbítjuk = mérés-tér információk (observation space) Alternatív megoldás: abszolút helymeghatározás a GNSS hibaforrások aktuális állapotáról továbbítunk adatokat = állapot-tér információk (state space) 5

6 Állapot-tér modellezés jellemzői Mérési módszer: egyetlen két/többfrekvenciás vevővel, kódés fázismérés Feldolgozás: különbségképzés nélküli modell, Kálmán-szűrő Pontosság: valós időben, kinematikus üzemmódban: 1-2 dm (1σ) valós időben, statikus üzemmódban, ill. utófeldolgozással: < 5 cm (1σ) Felhasználási területek: LEO pálya meghatározás, gyors állomás koordináta meghatározás, tengeri pozícionálás, precíziós mezőgazdaság, légi térképezés 6

7 Állapot-tér megoldás a gyakorlatban PPP (Precise Point Positioning = Precíz Abszolút Helymeghatározás) precíz pályaadatok globális hálózatok alapján műhold órakorrekciók globális atmoszféra modellek 7

8 Állapot-tér adatok továbbítása Kommunikációs műholdakon keresztül (Inmarsat L-Band) pl.: OmniStar HP, XP, StarFire II, C-Nav, Interneten keresztül (NTRIP, UDPRelay) 8

9 PPP előnyök Globális megoldás Referenciaállomás független Pontosabban írja le a GNSS mérések valódi fizikai hátterét Jobban szétválaszthatóak a hasonló hatású hibaforrások 9

10 PPP előnyök (folyt.) Minimális sávszélesség igény: nem kell mindent másodpercenként továbbítani műhold pálya: perc troposzféra: néhány perc ionoszféra: 10 másodperc 10 perc műhold óra: néhány másodperc Nincs adatmennyiség növekedés az új GPS és GLONASS frekvenciák/jelek miatt Minimális az adatmennyiség növekedés az új GNSS rendszerek megjelenésével 10

11 PPP hátrányok Ionoszféra-mentes lineáris kombináció Műhold oldali fáziskésés (első tört fáziskésés) elvész a ciklus-többértelműség egész szám jellege nem cm pontos Konvergencia idő (10-40 perc) Jelvesztés esetén újra indul a konvergencia! 11

12 Konvergencia idő (Héroux et al., 2005) (Colombo, 2008) 12

13 PPP hátrányok (folyt.) Figyelembe kell venni egy sor további hatást, ami a relatív helymeghatározás esetén kiesik/csökken: merev Föld hatása (földkéreg árapály), pólusmozgás okozta árapály, óceán árapály, óceánok mozgása, atmoszféra mozgása, nehézségi erőtér (geopotenciális modell), phase windup, relativisztikus hatás, ionoszféra hatás magasabb rendű része, sugárnyomás, légellenállás, műhold oldalirányú mozgása, albedo Szabványosítás 13

14 Csökkenthető a konvergencia idő? Ciklus-többértelműség egész szám jellegének megtartásával Nagyobb mintavételi gyakorisággal Külső, precíz atmoszféra modellek igénybevételével Új GNSS műholdrendszerek segítségével (GLONASS, Galileo, COMPASS) Ismert pontról indulva Hálózati RTK és PPP integrációval INS és PPP integrációval (különösen kinematikus alk.) 14

15 Hibrid rendszerek: PPP-RTK (Wide-Area RTK) A PPP és a Hálózati RTK jó tulajdonságait házasítjuk Az ionoszférát és troposzférát is modellezzük (nem kiejtjük, ill. becsüljük) A ciklus-többértelműség egész szám jellege megmarad A hálózat sűrűbb, mint a globális PPP esetén lokális/regionális De nem kell olyan sűrűség, mint a hálózati RTK-nál néhány 100 km-es állomásközi távolság 15

16 Geo++ GNSMART GNSS-SMART (State Monitoring And Representation Technique) Teljes állapot-tér modell, mm pontossággal Rendelkezésre áll a teljes állapot-vektor (SSR) 16

17 IGS precíz pálya- és óraadatok Közel 400 követő állomás Pályaadatok: 7 analízis központ kombinációja Óraadatok: 4 analízis központ kombinációja Ingyenesen hozzáférhető adatok Folyamatosan növekvő pontosság Előrejelzett rész (Ultra-gyors második 24 óra) Előrejelzett óraadatok pontatlansága rohamosan nő Nincs GLONASS Ultra-gyors csak Precíz 17

18 IGS pálya- és óraadatok Termék Pontosság Frissítés Időköz Késés Precíz (Final) Pályaadatok <5 cm hetente 15 perc ~13 nap Óraadatok <0.1 ns 5 perc Gyors (Rapid) Ultra-gyors (Ultra-Rapid) észlelt Ultra-gyors (Ultra-Rapid) előrejelzett (24h) Pályaadatok <5 cm naponta 15 perc 17 óra Óraadatok <0.1 ns 5 perc Pályaadatok <5 cm naponta 15 perc 3 óra Óraadatok ~0.2 ns négyszer 15 perc Pályaadatok ~10 cm naponta 15 perc Valós idő Óraadatok ~5 ns négyszer 15 perc 18

19 IGS pálya- és óraadatok Termék Pontosság Frissítés Időköz Késés Precíz (Final) Pályaadatok <5 cm hetente 15 perc ~13 nap Óraadatok <0.1 ns 5 perc Gyors (Rapid) Ultra-gyors (Ultra-Rapid) észlelt Ultra-gyors (Ultra-Rapid) előrejelzett (6h) Pályaadatok <5 cm naponta 15 perc 17 óra Óraadatok <0.1 ns 5 perc Pályaadatok <5 cm naponta 15 perc 3 óra Óraadatok ~0.2 ns négyszer 15 perc Pályaadatok ~7.5 cm naponta 15 perc Valós idő Óraadatok ~5 ns négyszer 15 perc 19

20 IGS Ultra-gyors pályaadatok pontossága Előrejelzett rész első 6 órájára 20

21 IGS Ultra-gyors óraadatok pontossága Előrejelzett rész első 6 órájára 21

22 Egyéb precíz pálya- és óraadatok CODE: >200 követő állomás,(glonass, 5 sec óraadatok) NASA JPL: >100 követő állomás NRCan GFZ: 75 állomás (valós idejű óraadatok: 0.3 ns!) NavCom (StarFire TM ): 60 követő állomás (1 min pálya-, 1 sec óraadatok valós időben) BKG + GPS Solutions (CZ) RTNet sw EPN: (200 állomás, 44% valós idejű) 22

23 Valós idejű projektek: EUREF-IP, IGS-RT Cél: valós idejű precíz pálya- és óraadatok, valamint atmoszféra modellek előállítása. Továbbá: 1 Hz, 15 min RINEX adatok előállítása az Ultra-gyors termékek késésének csökkentésére. Mind az EPN, mind az IGS hálózatban törekednek a valós idejű adattovábbításra. Az Ntrip és UDPRelay protokollok összekapcsolhatóak. Szabványok definiálása folyamatban. Ingyenes hozzáférés! 23

EUREF-IP, IGS-RT NtripCasterek www.euref-ip.

24 EUREF-IP, IGS-RT NtripCasterek stream 122 stream 24

25 A BKG BNC és BNS szoftverei BNC (BKG Ntrip Client) Ntrip streameket fogad, 1 Hz-es RINEX-et állít elő közel valós idejű alkalmazásokhoz, broadcast efemeriszt és szinkronizált észlelési adatokat állít elő valós időben, epocháról epochára, referenciaállomás-hálózatot monitoroz. BNS (BKG Ntrip State SpaceServer) broadcast pályaelemek és óraadatok, valamint precíz pályaés óraadatok alapján valós idejű pálya- és óra korrekciókat tud előállítani és NtripCaster-re továbbítani. 25

26 A BKG BNC és BNS szoftverei (folyt.) 26

27 EUREF valós idejű termékek Ihde et al. (2008) 27

28 IGS-RT PP Valós idejű műhold pálya- és óra korrekciók TZD, ionoszféra termékek Analízis Központok: ESOC, NRCan, BKG + TU Prague, IGG, GMV, University of New Castle, KASI, TU Catalonia, Chalmers, Geo január: prototípus 2009 március: kombinált megoldás 28

29 IGS-RT pálya- és óraadatok (célkitűzés) Termék Pontosság Frissítés Időköz Késés Ultra-gyors (Ultra-Rapid) előrejelzett (6h) Pályaadatok ~7.5 cm naponta 15 perc Valós idő Óraadatok ~5 ns négyszer 15 perc IGS-RT Pályaadatok <5 cm Valós idő Óraadatok ~0.5 ns (5-10 sec) 29

30 RTCM SC-104 állapot-tér munkacsoport Jelentős az igény egy valós idejű PPP szabványra A munkacsoport célja: kidolgozni az állapot-tér adatok továbbításának koncepcióját és definiálni az egyes üzenet típusokat minden pontossági igénynek megfelelve (beleértve az RTK-t is) Munkacsoport elnök: Dr. Gerhard Wübbena (Geo++) 30

31 Javasolt tartalom A teljes állapotvektort kell továbbítani: Műhold pályahibák (abszolút v. a broadcast pályák korrekciójaként) Műhold órahibák (abszolút v. a broadcast óraadatok korrekciójaként) Műhold oldali jelkésések (a kód és fázis késése referenciajelhez viszonyítva) Ionoszféra késés paraméterek (VTEC paraméterek közelítő pontossághoz, STEC paraméterek nagy pontossághoz) Troposzféra késés paraméterek (az aktuális troposzféra eltérése a modell troposzférától, v. TZD/TSD) Az összes állapot-paraméter minőségi mutatója (variancia-kovariancia mx) 31

32 Bevezetés menetrendje Háromlépcsős folyamat: Kétfrekvenciás valós idejű PPP Precíz pálya és óra üzenetek, Műhold oldali kód késés üzenetek Egyfrekvenciás valós idejű PPP VTEC ionoszféra üzenetek RTK PPP STEC, troposzféra, és műhold oldali fázis késés üzenetek ciklus-többértelműség feloldása egész számra 32

33 Felválthatja-e a PPP az RTK-t? Pontosság tekintetében: igen Inicializálási idő tekintetében: még nem (néhány percre le lehet majd szorítani, de ez sok felhasználónak még nem lesz elég) Bizonyos szempontból előnyösebb is annál: ott is elérhető, ahol nincsenek referenciaállomások olcsó rover vevő (szoftver vevő) 33

34 Köszönöm a figyelmet! További információ: horvath@gnssnet.hu Tel: Mobil:

35 Felhasznált irodalom 1) Bisnath, S. and Y. Gao (2007). Current State of Precise Point Positioning and Future Prospects and Limitations. Proceedings of IUGG 24th General Assembly, 2-13 July, Perugia, Italy. 2) Colombo, O. (2008). Wide-Area RTK Using Data from Internet NTRIP Streams. GPS-World Tech Talk, 30 October. 3) Wübbena, G., M. Schmitz and A. Bagge (2005). PPP-RTK: Precise Point Positioning Using State- Space Representation in RTK Networks. Proceedings of ION GNSS 2005, September, Long Beach, California, pp ) Dixon, K. (2006). StarFireTM: A global SBAS for sub-decimetre precise point positioning. Proceedings of ION GNSS 2006, Fort Worth, Texas, pp ) IGS Mail 6) International GNSS Service Call for Participation. International GNSS Service Real-time Pilot Project June, ) IGS real-time (2009) - 8) Weber, GReal-time GNSS, EUREF-IP Pilot Project, presentation C-Nav: Global SBAS for Sub-decimeter Precise Point Positioning 35

Hasonló dokumentumok

Hol tart a GNSS állapot-tér modellezés bevezetése?

Hol tart a GNSS állapot-tér modellezés bevezetése? Horváth Tamás FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium horvath@gnssnet.hu www.gnssnet.hu Tel: +36-27-374-980, Mobil: +36-30-867-2570 Rédey István Geodéziai