ορυφορικά συστήµατα GNSS? Τάσεις Εξελίξεις Οι 3 πρωταρχικές λειτουργίες GNSS και κατάλληλους δέκτες Συστήµατα GNSS Τρέχουσα κατάσταση Τεχνολογικές

Transcript

1 . ΕΛΗΚΑΡΑΟΓΛΟΥ, ΣΑΤΜ- ΕΜΠ, ΤΕΠΑΚ ορυφορικά συστήµατα GNSS? Global Navigation Satellite Systems Συστήµατα GNSS Τρέχουσα κατάσταση Τεχνολογικές Τάσεις Εξελίξεις GPS ορυφορικά συστήµατα GNSS? Global Navigation Satellite Systems Παγκόσµια συστήµατα προσδιορισµού θέσης και χρόνου που περιλαµβάνουν Ένα ή περισσότερους δορυφορικούς σχηµατισµούς (GPS, GLONASS, GALILEO, ComSats ) ορυφορικά συστήµατα GNSS? Global Navigation Satellite Systems Παγκόσµια συστήµατα προσδιορισµού θέσης και χρόνου που περιλαµβάνουν Παγκόσµια συστήµατα προσδιορισµού θέσης και χρόνου που περιλαµβάνουν Σταθµούς συνεχούς ελέγχου της λειτουργίας και απόδοσης των δορυφόρων Σταθµούς συνεχούς ελέγχου της λειτουργίας και απόδοσης των δορυφόρων ορυφορικά συστήµατα GNSS? Global Navigation Satellite Systems και κατάλληλους δέκτες Οι 3 πρωταρχικές λειτουργίες GNSS Προσδιορισµός θέσης + διαλειτουργικά ενισχυµένα µε άλλες τεχνολογίες (π.χ. τηλεπικοινωνίες) τηλεπικοινωνίες) ώστε να υποστηρίζουν απαιτητικές εφαρµογές εντοπισµού και αξιοποίησης της γεωγραφικής θέσης του χρήστη Πλοήγηση Προσδιορισµός του χρόνου Όλες οι πιθανές εφαρµογές GNSS αποτελούν συνδυασµό των 3 πρωταρχικών λειτουργιών Μαζί µε την επικοινωνία, τα Επικοινωνία GNSS αποτελούν τη σπονδυλική στήλη κάθε συστήµατος διαχείρισης και αξιοποίησης χωρικών πληροφοριών Τα πολυάριθµα συστήµατα/υπηρεσίες εντοπισµού και πλοήγησης βασίζονται στα GNSS για - τη σωστή λειτουργική χρήση τους - τις ποικίλες εφαρµογές τους - τον συγχρονισµό τηλεπικοινωνιακών δικτύων - αξιοποίηση της γεωγραφικής θέσης, κ.ά. 1

2 GNSS: Χαρακτηριστικά GPS 3 γενιές ορυφόρων Block I Block II / Block IIR ΙΙΑ / ΙΙΜ Μax διάρκεια Ζωής 9.3/10.2 χρ. χρ. Block IIF / ΙΙF Light Μax διάρκεια Ζωής 11.3 χρ. Μax διάρκεια Ζωής 8.6/10.6 χρ. χρ. ιαθεσιµότητα και ακρίβεια ποικίλλουν σύµφωνα µε τις τοπικές συνθήκες και το είδος των δεκτών. Γενικά, τα σήµατα τείνουν να είναι πιο αδύναµα στις πολικές και στις αστικές περιοχές. Τα σήµατα GPS σήµερα C/A P(Y) P(Y) L1 L MHz MHz ορυφορικό µήνυµα (50 bps) Βασική Συχνότητα MHz / 10 C/A Code MHz P Code MHz L1 Carrier MHz x 154 Υπό την προϋπόθεση ότι τα χρονόµετρα των δορυφόρων είναι απόλυτα συγχρονισµένα µεταξύ τους Τρεις ταυτόχρονες µετρήσεις από διαφορετικούς δορυφόρους (ψευδοαποστάσεις) αρκούν για να υπολογισθεί η τρισδιάστατη θέση ενός δέκτη L2 Carrier MHz x 120 GPS Μετρήσεις φάσης Μεγαλύτερη ακρίβεια µετρήσεων, αλλά πρόβληµα η σωστή επίλυση της ασάφειας των κύκλων φάσης λ Ένας απλός τριγωνισµός στο χώρο P Code MHz λ = 1η µέτρηση, µέρος του κύκλου φάσης του φέροντος κύµατος Μετρήσεις GPS Ψευδοαποστάσεις ή 2 µετρήσεις αν το υψόµετρο είναι γνωστό ή 4 µετρήσεις αν τα χρονόµετρα δεν είναι συγχρονισµένα Ακρίβεια εντοπισµού? Εξαρτάται από σειρά παραγόντων Περιβάλλον των µετρήσεων N N = Άγνωστος αριθµός (ασάφεια) ακέραιων κύκλων φάσης ιάφορες τεχνικές υπολογισµού της ασάφειας των κύκλων φάσης: Στατικός εντοπισµός Γρήγορος στατικός Κινηµατικές διαδικασίες (stop-&-go, On-The-Fly, RTK, ) Μετεπεξεργασία Σχετική Γεωµετρία δέκτη δορυφόρων Τύπος και δυναµική κατάσταση του δέκτη ιάρκεια των µετρήσεων # Ορατών δορυφόρων Χρόνος Των Μετρήσεων SNR των µετρήσεων Μέθοδος Επεξεργασίας µετρήσεων Τύπος των µετρήσεων Αυτόνοµος (απόλυτος) εντοπισµός Σχετικός Εντοπισµός ιαφορικός εντοπισµός 2

3 GPS: GPS: Σφάλµατα Μετρήσεων Ατµοσφαιρικές επιδράσεις Χρονόµετρα δορυφόρων Ανακρίβεια τροχιακής εφηµερίδας 20,000 km Επιλεκτική ιαθεσιµότητα Ατµοσφαιρικές καθυστερήσεις Ανακλάσεις σήµατος ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΕΙΣ 200 km Ιονόσφαιρα Ιονισµένα σωµατίδια 50 km Τροπόσφαιρα Χρονόµετρο έκτη Ιονοσφαιρική επίδραση Ιονοσφαιρική επίδραση Εξαρτάται από Μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της µέρας Από 1.5 m (βράδυ) 4.5 m (µεσηµέρι) Μέχρι 150 m (σε περιόδους ηλιακής δραστηριότητας) Το χρόνο της µέτρησης Το γεωγραφικό πλάτος Την ηλιακή δραστηριότητα Συνάρτηση της συχνότητας του σήµατος Σφάλµατα πολλαπλών διαδροµών του σήµατος (πολυκλαδικά) πολυκλαδικά) Τάξη µεγέθους των σφαλµάτων των µετρήσεων GPS Προκαλούνται από λήψη ενός σήµατος GPS από την απευθείας πορεία του µέχρι τον δέκτη και από πολλαπλές διαδροµές διαφορετικού ηλεκτρικού µήκους Φαινόµενο των ειδώλων Ανακλώµενο σήµα A B Απευθείας σήµα C Station Καθυστέρηση σήµατοςd = AB + BC 3

4 Απόλυτος Εντοπισµός * Υπολογισµός των συντεταγµένων ενός σηµείου, αυτόνοµα από τις µετρήσεις ενός δέκτη (συνήθως από µετρήσεις ψευδοαποστάσεων) Η απλή εξίσωση παρατήρησης Απόλυτος Εντοπισµός * Μεγάλο εύρος * Γρήγορη και εύκολη διαδικασία εφαρµογών * Οικονοµικά πλεονεκτήµατα * Συνεχής * Το κόστος συνεχώς µειώνεται βελτίωση της ακρίβειας * Μερικά µέτρα σε πραγµατικό χρόνο * Υπηρεσίες PPP (Precise Point Positioning), µε δυνατότητες ακρίβειας < 1-2 cm µε µετεπεξεργασία Η εξίσωση παρατήρησης εν αρκεί στην πράξη Πρέπει να λαµβάνει υπόψη * Τροχιακά σφάλµατα & σφάλµατα των δορυφορικών χρονοµέτρων * Καθυστέρηση του σήµατος στην ατµόσφαιρα * Ενδογενή σφάλµατα στο δέκτη Η εξίσωση παρατήρησης Η εξίσωση παρατήρησης Πως γίνεται η συνόρθωση των ταυτόχρονων µετρήσεων από πολλαπλούς δορυφόρους? 4

5 ιάνυσµα θέσης δέκτη δορυφόρος S p rs ιάνυσµα θέσης δορυφόρου έκτης R r r s διορθώσεις Γραµµικοποίηση κατά Taylor Τέσσερεις άγνωστοι dx r, dy r, dz r, dt Έστω ότι παρατηρούνται ταυτόχρονα τέσσερεις δορυφόροι 5

6 Αληθείς (άγνωστες) & προσεγγιστικές τιµές αγνώστων Αντίστοιχες Βέλτιστες διορθώσεις & εκτιµήσεις Αντίστοιχα για τις παρατηρούµενες παραµέτρους Άγνωστες αληθείς τιµές & προσεγγιστικές τιµές ιάνυσµα & βέλτιστες εκτιµήσεις παραµέτρων Πίνακας µεταβλητότητας / συµµεταβλητότητας των Απαραίτητη επίσης πληροφορία Ανηγµένες παρατηρήσεις Πίνακας βαρών των n ο αριθµός των Πίνακας σχεδιασµού Πίνακας σχεδιασµού m ο αριθµός των παραµέτρων n ο αριθµός των 6

7 Σχετικός Εντοπισµός Συνδυασµός µετρήσεων από δύο η περισσότερους δέκτες για τον υπολογισµό του τρισδιάστατου σχετικού διανύσµατος µεταξύ δύο δεκτών Απλές διαφορές (µετρήσεις φάσης) ύο δέκτες παρατηρούν ταυτόχρονα τον ίδιο δορυφόρο S i Φ ABi =Φ Bi 2π = ( X i X B X i X A ) λ ( N N ) λ+ c( dt dt ) Bi Φ Ai Ai ub ua Γραµµικοί συνδυασµοί ταυτόχρονων µετρήσεων Μεταξύ µετρήσεων σε διαφορετικούς σταθµούς. Μεταξύ µετρήσεων από διαφορετικούς δορυφόρους. Μεταξύ µετρήσεων σε διαφορετικές (γειτονικές) χρονικές στιγµές. Μεταξύ µετρήσεων παρόµοιων τύπων απλών διαφορών. Μεταξύ µετρήσεων ανόµοιων τύπων απλών διαφορών. Απλές και ιπλές ιαφορές Γραµµικός συνδυασµός απλών διαφορών Μεταξύ-δεκτών απλές διαφορές ( ) = ( ) receiver j ( ) receiver i Μεταξύ-δορυφόρων απλές διαφορές satellite q ( ) = ( ) ( ) satellite p ιαφορές µετρήσεων µεταξύ δεκτών ή µεταξύ δορυφόρων και, µεταξύ δεκτών & δορυφόρων Μεταξύ-εποχών εποχών απλές διαφορές δ ) = ( ) ( ( epoch 2 ) epoch 1 7

8 ιπλές διαφορές Οι διαφορές δύο απλών διαφορών µεταξύ δεκτών για δύο δορυφόρους Τα σφάλµατα των χρονοµέτρων των δορυφόρων και των δεκτών απαλείφονται ή ελαττώνονται σηµαντικά. Τα τροχιακά σφάλµατα των δορυφόρων και των δεκτών απαλείφονται ή ελαττώνονται σηµαντικά (ανάλογα µε την απόσταση µεταξύ των δεκτών) Οι διπλές διαφορές µεταξύ δεκτών µεταξύ διαδοχικών εποχών είναι απαλλαγµένες από την ασάφεια της φάσης - ambiguity term N και για αυτό χρησιµοποιούνται για την ανίχνευση κύκλων ολίσθησης στις µετρήσεις φάσης Double Differences ιαφορές µετρήσεων του κώδικα PR= R+ d ion + d trop + ε ιαφορές µετρήσεων φάσης Φ= R d ion + d trop CD + λ N + ε Φ Τριπλές διαφορές ηµιουργούνται από τις απλές διαφορές µεταξύ δεκτών και δορυφόρων, σε δύο διαφορετικές εποχές. εν περιέχουν όρους για την ασάφεια της φάσης Ιδιαίτερα χρήσιµες για την ανάκτηση των απολεσθέντων κύκλων φάσης και για τον υπολογισµό των δορυφορικών τροχιών. δ Φ= δ R δ d ion + δ d trop + ε Φ Γραµµικός συνδυασµός ίδιου τύπου Γραµµικός συνδυασµός µετρήσεων φάσης L1 και L2 µε ακέραιους συντελεστές n, m Φ n, m t) ( = nφ + mφ ιαφορετικοί συνδυασµοί των n, m δίνουν διαφορετικούς γραµµικούς συνδυασµούς µετρήσεων φάσης 1 2 Γραµµικός συνδυασµός ίδιου τύπου Wide Lane Γραµµικός συνδυασµός ίδιου τύπου Narrow Lane L λ = L1 L2 = 86.2 cm L Σ = L1 + L2 λσ = 10.7 cm πλεονέκτηµα: µεγαλύτερο µήκος κύµατος ( x4) ακριβέστερος υπολογισµός των παραµέτρων της ασάφειας φάσης µειονέκτηµα: υψηλότερος θόρυβος (x 6) πλεονέκτηµα: το χαµηλότερο επίπεδο θορύβου µειονέκτηµα: δυσκολότερος υπολογισµός των παραµέτρων της ασάφειας φάσης 8

9 Γραµµικός συνδυασµός ίδιου τύπου Ionospheric free signal L 0 L = L 2 + Η επίδραση της ιονόσφαιρας στους δύο γραµµικούς συνδυασµούς είναι ίδιου µεγέθους αλλά µε διαφορετικό πρόσηµο ο τελικός συνδυασµό είναι απαλλαγµένος από σφάλµατα εξ αιτίας της ιονόσφαιρας. Σ Γραµµικός συνδυασµός ίδιου τύπου Ionospheric signal L I = L L Σ Εµπεριέχει την πλήρη επίδραση της ιονόσφαιρας. Είναι ιδιαίτερα χρήσιµος συνδυασµός για την επίλυση των ασαφειών φάσης για τις µετρήσεις wide και narrow lane Συνοπτικός πίνακας γραµµικών συνδυασµών φάσης κώδικα Signal n m -V I σ [m] C C C C Σ Οι συγκεκριµένοι γραµµικοί συνδυασµοί µπορούν να γίνουν µόνο µε µετρήσεις του Ρ-κώδικα, δεδοµένης της απουσίας του C/A-κώδικα στη συχνότητα L2 (V αναφέρεται σε διορθωµένες από τις επιδράσεις της ιονόσφαιρας µετρήσεις). ιαφορικό GPS Λαµβάνονται υπόψη οι χωρο- χρονικές συσχετίσεις (ιδιότητες) των σφαλµάτων στις µετρήσεις GPS Κοινά σφάλµατα µειώνονται όσο αυξάνεται η απόσταση µεταξύ δεκτών Κοινά σφάλµατα µειώνονται όσο αυξάνεται το χρονικό διάστηµα µεταξύ µετρήσεων Ασυσχέτιστα σφάλµατα αντιµετωπίζονται µέσω διορθώσεων από γνωστούς σταθµούς αναφοράς ιαφορικός Εντοπισµός Σχετικός εντοπισµός από µετρήσεις ψευδοαπόστασης σε πραγµατικό χρόνο + µετάδοση διορθώσεων από σταθµούς ελέγχου ιαφορικό GPS (Differential GPS, DGPS) Παγκόσµια κάλυψη DGPS Ο ορυφόρος εκπέµπει το σήµα του Ο δέκτης λαµβάνει το σήµα Σταθµοί ελέγχου εκπέµπουν διαφορικές διορθώσεις Υπηρεσίες DGPS για αυξηµένη ακρίβεια και ασφάλεια στις θαλάσσιες εφαρµογές είναι διαθέσιµες σε 34 χώρες Μια τεράστια εµπορική αγορά της τάξης των $$$M 9

10 Επέκταση των συστηµάτων DGPS DGPS: πλοήγηση σκαφών Με τη διακοπή της Επιλεκτικής ιαθεσιµότητας (2002) Μοναδικές δυνατότητες εφαρµογών εντοπισµού DGPS µε υψηλή ακρίβεια, ακρίβεια, γρήγορα και χαµηλό κόστος Ιδιαίτερα χρήσιµο για τη ναυσιπλοΐα σε στενά θαλάσσια περάσµατα Κατά την είσοδο σε λιµάνια Σε συνδυασµό µε ηλεκτρονικούς χάρτες πλοήγησης και συστήµατα προειδοποίησης Στην Β. Αµερική και Ευρώπη έχει σχεδόν αντικαταστήσει τα δίκτυα των ραδιοφάρων Ενισχυµένα συστήµατα GPS και GLONASS µε άλλες τεχνολογίες π.χ. τηλεπικοινωνίες DGPS µε αυξηµένες λειτουργίες ελέγχου της αξιοπιστίας και της ακεραιότητας των παρεχόµενων πληροφοριών GNNS 1ης γενιάς (GNNS -1) GNNSGNNS-1 GLONASS GPS SBAS 1η γενιά GBAS Local Area Augmentation Systems GNSS-1 EGNOS WAAS MSAS (GPS Augmentation Systems) DGPS 3 ξεχωριστά διαλειτουργικά συστήµατα Γεωστατικοί δορυφόροι WAAS 38 σταθµοί (παρεχόµενη ακρίβεια < m) ιαφορικές διορθώσεις σε όλη τη Β. Αµερική Το σύστηµα από το 2007 συνεχώς βελτιώνεται 10

11 DGPS WAAS ιαφορικές διορθώσεις (< 50 km από τους σταθµούς αναφοράς) αναφοράς) µέσω VHF Ακρίβεια < 1 m EGNOS ( ) 2η γενιά GNSS-2 GALILEO GPS II F GLONASS GNSS-2 GBAS Ground based augmentation systems USER Χρήστες SBAS Satellite based augmentation systems EGNOS GALILEO Η ευρωπαϊκή απάντηση στον ανταγωνισµό του GPS European Geostationary Navigation Overlay System Πρώτο βήµα για το σύστηµα GALILEO Μετεξέλιξη του σε περιφερειακό τµήµα του GALILEO GALILEO Η ευρωπαϊκή αιτίαση 4 κύρια επιχειρήµατα Μη εξάρτηση από το GPS, GLONASS, Βιοµηχανική Πολιτική Ευρωπαϊκή τεχνολογική ΠΟΛΙΤΙΚΑ πρωτοπορία Συνδυασµός τεχνολογιών ΚΟΙΝΩΝΙΚΑ Καλύτερες και νέες υπηρεσίες εντοπισµού και πλοήγησης Ασφάλεια των µεταφορών Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ Μερίδιο στη παγκόσµια αγορά και τον ανταγωνισµό Τεχνολογικές θέσεις εργασίας Βελτίωση των µεταφορών 11

12 ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ GALILEO GALILEO: Αρχιτεκτονική του συστήµατος Πρωτοβουλία της Ε.Ε. (+ESA ESA) Αποτέλεσµα πολιτικής στρατηγικής του 1990 που υιοθετήθηκε το 1994 Εστιάζει σε νέες υποδοµές για τις µεταφορές Κάτω από διεθνή έλεγχο (-> αυτονοµία) Υπηρεσίες προσδιορισµού θέσης και χρόνου Εφαρµογές για ποικίλους χρήστες και φορείς (εµπορικούς, στρατιωτικούς, κρατικούς,επιστηµονικούς...) GALILEO: ορυφόροι GPS/GALILEO Ιδανική γεωµετρία δορυφόρων # ορυφ. Τροχιές Κλίση τροχ. Ύψος GPS km Galileo km GPS/GALILEO 2,7 m 1,2 m 1,1 m L1 L2 GPS E1 Galileo E5b L E5a GALILEO: Τµήµα Επίγειου Ελέγχου GALILEO: Σταθµοί Επικοινωνίας Kiruna Kiruna Vancouver Papeete Kourou Hartebeesthoek New Norcia Papeete Santiago Kourou Hartebeesthoek Trivand. New Norcia Noumea 12

13 GALILEO: Εφεδρικοί Σταθµοί Συχνότητες GALILEO GPS GLONASS - ιαλειτουργικότητα - Kiruna Yellowknife Krasnoyarsk St. Pierre Vancouver Toulouse Santiago Kourou Djibouti Trivand. Galapagos Libreville Papeete Reunion Fidji Rio East-Isl. Santiago New Norcia Hartebees. Rio Grande Kerguelen Magadan Masuda Port Moresby Noumea Canberra MHz MHz L5 GPS/ GALILEO E5A GALILEO E5B GALILEO E MHz GALILEO E MHz MHz MHz GPS L2 GLONASS MHz GPS L1 GALILEO E MHz GALILEO E MHz GALILEO E MHz MHz GLONASS L1 EGNOS και GALILEO 2000 Ανάπτυξη EGNOS GALILEO Σχεδιασµός GALILEO ιασύνδεση και παράλληλη ανάπτυξη 2003 EGNOS Λειτουργία EGNOS EGNOS + περαιτέρω ανάπτυξη GALILEO Ανάπτυξη 2008 Πλήρης επιχειρησιακή ετοιµότητα GALILEO Φάση πλήρους λειτουργίας 2011 Υπηρεσίες GALILEO Ανοικτές Υπηρεσίες (Open Services, OS) Συνδυασµός των δορυφορικών σηµάτων γενικής χρήσης Ελεύθερη χρήση χωρίς κόστος, από οποιονδήποτε χρήστη, οπουδήποτε σε 24ωρη βάση και κάτω από οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες (εξυπηρέτηση της µαζικής αγοράς) Υπηρεσίες GALILEO... Υπηρεσίες διαφύλαξης της ασφάλειας της ανθρώπινης ζωής (Safety of Life Services, SoL) Βελτιωµένες ανοικτές υπηρεσίες δια µέσου διασφάλισης της αξιοπιστίας των παρεχόµενων πληροφοριών στίγµατος και χρόνου Εγγυηµένες υπηρεσίες π.χ. αεροπλοΐα, ναυσιπλοΐα, διακίνηση τραίνων Σήµατα σε δύο επιπλέον συχνότητες Υπηρεσίες GALILEO... Εµπορικές Υπηρεσίες (Commercial Services, CS) εδοµένα σε ταχύτερους ρυθµούς Εγγυηµένες υπηρεσίες και εφαρµογές π.χ. Από εταιρίες παροχής υπηρεσιών αξιοποίησης της γεωγραφικής θέσης των χρηστών (Location-based Services) 13

14 Υπηρεσίες GALILEO... Υπηρεσίες Αναζήτησης και ιάσωσης (Search and Rescue Services, SAR) Συµβατές υπηρεσίες µε το σηµερινό σύστηµα COSPASCOSPAS-SARSAT Λήψη σηµάτων έκτακτης ανάγκης βοήθειας σε σχεδόν πραγµατικό χρόνο, χρόνο, µε Επακριβή προσδιορισµό του στίγµατος των σε κίνδυνο χρηστών Υπηρεσίες GALILEO... ηµόσιες Ελεγχόµενες Υπηρεσίες (Public Regulated Services, PRS) Προσδιορισµός στίγµατος και χρόνου για συγκεκριµένους χρήστες Αδιάλειπτη παροχή πληροφοριών Ελεγχόµενη πρόσβαση ύο δορυφορικά σήµατα κωδικοποιηµένα π.χ. για Αστυνοµία, Αστυνοµία, Υπηρεσίες Ασφαλείας, Ασφαλείας, Τελωνειακές Αρχές, Αρχές, Λιµενικό Σώµα, Σώµα,... GPS Περιορισµοί Σήµερα Εκσυγχρονισµός του GPS DGPS -> WAAS/LAAS, -> GPS 3ης γενιάς Μια µόνο συχνότητα για πολιτική χρήση (L1) Επιδράσεις της Ιονόσφαιρας ( ιδιαίτερα σε περιόδους έντονης ηλιακής δραστηριότητας) δραστηριότητας) Αδύναµα σήµατα (-160 dbw) dbw) περιορισµένη χρήση σε χαµηλές γωνίες ύψους και όταν το σήµα βρίσκει εµπόδια (π.χ. κτήρια, κτήρια, δένδρα) δένδρα) επιπτώσεις σε πολλές εφαρµογές Σήµατα ευαίσθητα στις φυσικές και τεχνητές παρεµβολές Πολλαπλές διαδροµές των σηµάτων προκαλούν σηµαντικά σφάλµατα GPS Τρέχουσες υνατότητες Η ακρίβεια είναι πολύ καλύτερη από τις προδιαγραφές εξ αιτίας της αλληλοσυσχέτισης των σφαλµάτων Η συνολική απόδοση είναι πολύ καλή αλλά οι χρήστες χρειάζονται καλύτερη πρόσβαση στα διαθέσιµα σήµατα, σήµατα, ακρίβεια, ακρίβεια, ακεραιότητα και αξιοπιστία, αξιοπιστία, και ανθεκτικότητα σε παρεµβολές Εκσυγχρονισµός του GPS Βασικός στόχος: στόχος: Βελτίωση της απόδοσης του συστήµατος, συστήµατος, µε ιδιαίτερη έµφαση στις πολιτικές εφαρµογές ιακοπή της τεχνητής (εσκεµµένης) εσκεµµένης) υποβάθµισης του συστήµατος Selective Availability (SA) ιάθεση του κώδικα C/A στη συχνότητα L2 Επιπλέον συχνότητα L5 για υπηρεσίες ζωτικών εφαρµογών πολιτικής χρήσης (αεροπλοΐα, αεροπλοΐα, ναυτιλία, ναυτιλία, Έρευνα & ιάσωση) ιάσωση) 14

15 Από το Λειτουργικές βελτιώσεις του GPS Από 12 GPS-IIR δορυφόρους, στη Νέα γενιά δορυφόρων GPS-IIF Νέα δοµή σηµάτων Βελτιωµένοι δέκτες Μέγεθος, Ακρίβεια, Κόστος Πλήθος δικτύων µονίµων σταθµών IGS, EUREF, VRS GPS Νέοι δορυφόροι, νέες δυνατότητες GPS ΙΙR-Μ GPS IIF GPS IIΙ Σήµερα Προ- γραµµατισµένες αλλαγές Αλλαγές στα σήµατα GPS Νέα συχνότητα και κώδικες L MHz P(Y) M P(Y) CS L MHz C/A P(Y) Νέοι στρατιωτικοί κώδικες M P(Y) C/A L MHz 2ο σήµα για πολιτικούς χρήστες (L2C) L2C code MHz Οφέλη από το νέο σήµα L2C Αρχή µε δορυφόρους IIR-M Πρώτη εκτόξευση: Σεπτ δορυφόροι: µέχρι το 2012 Βελτίωση ακρίβειας για τους υπάρχοντες χρήστες µε δέκτες διπλής συχνότητας Επέκταση ακρίβειας σε κρίσιµες εφαρµογές για τη διασφάλιση της ανθρώπινης ζωής, π.χ. άµεσης βοήθειας Παρέχει 24 db καλύτερη ισχύ του σήµατος, σε σχέση µε το κώδικα C/A λιγότερες παρεµβολές Βελτιωµένη δοµή του κώδικα για ενισχυµένη αποδιαµόρφωση του (κατά 5 db σε σχέση µε C/A) 3η συχνότητα για πολιτικούς χρήστες (L5) L MHz Αρχή µε δορυφόρους IIR-F Πρώτη εκτόξευση: Σεπτ δορυφόροι: µέχρι το 2014 Οφέλη από τη νέα συχνότητα L5 Βελτιώνει τη δοµή των δορυφορικών σηµάτων βελτιωµένη απόδοση Higher power ( dbw) Wider bandwidth (24 MHz) Aeronautical Radionavigation Services band Βελτιωµένο σήµα στη συχνότητα L1 (L1C) L1C Αρχή µε δορυφόρους GPS-III Πρώτη εκτόξευση: Σεπτ δορυφόροι: µέχρι το 2017 Οφέλη για τους πολιτικούς χρήστες Προστίθεται νέας δοµής L1 σήµα (BOC) Συµβατότητα µε τον κώδικα C/A Μεγαλύτερη ακρίβεια Πρόσθετη προστασία από παρεµβολές Επιτρέπει την διαλειτουργικότητα µε το σύστηµα του GALILEO Σύγκλιση µε την Ανοικτή Υπηρεσία (Open Service) 15

16 GPS πριν το 2000 GPS πριν το 2000 Τυπικά συνδυαστικά οφέλη από τα νέα σήµατα GPS L1-1575, L2C και L5L GHz Νέα σήµατα και συχνότητες θα παρέχουν: παρέχουν: ιορθώσεις για τις ιονοσφαιρικές επιδράσεις Μεγαλύτερες γεωδαιτικές ακρίβειες L2C (χωρίς δεδοµένα) δεδοµένα) για τη λήψη αδύναµου σήµατος 6 db (4x) δυνατότερο σήµα στην L2 και L5 Επίδραση (a) στις τεχνικές onon-thethe-fly, και (b) καλύτερη λήψη σήµατος στις αστικές περιοχές? περιοχές? 100 m GPS I, GPS II A, & GPS II R C/A Code - L1 Με την Επιλεκτική ιαθεσιµότητα GPS σήµερα GPS πριν το m GPS το GPS πριν το m GPS I, GPS II A, & GPS II R C/A Code - L1 Χωρίς την Επιλεκτική ιαθεσιµότητα GPS II R (Μ) C/A Code - L1 Νέος κώδικας πολιτικής χρήσης L2 GPS τη δεκαετία 2010 GPS πριν το m GPS II F (Light) C/A Code - L1 Νέοι κώδικες πολιτικής χρήσης L2, L5 GPS περί το 2016 GPS πριν το 2000?m GPS II F GPS III Σύστηµα 3ης γενιάς σε πλήρη µορφή Βιωσιµότητα για τα επόµενα 30 χρόνια 16

17 Real Time Kinematic (RTK) τεχνικές Μετρήσεις φάσης Μεταγωγή δεδοµένων από τη βάση -> χρήστη Επίλυση για την ασάφεια των κύκλων φάσης On-the-fly Real Time Kinematic (RTK) τεχνικές OTF διαδικασίες την σε Σύγχρονοι αλγόριθµοι αυξάνουν OTF αποδίδουν παραγωγικότητα αλλά δευτερόλεπτα ακόµα καιαπαιτούν µετά από τουλάχιστον 5 ταυτόχρονα ορατούς διαλείψεις των διαφορικών σηµάτων (π.χ. δορυφόρους σχεδιασµός κτίρια,, δέντρα,, ) των κτίρια δέντρα µετρήσεων παραµένει αναγκαίος RTK -> ίκτυα εικονικών σταθµών RTK εφαρµογές: εφαρµογές: Σήµερα 10 km Ακρίβεια 2 cm L1 (C/A και φάση) φάση) L2 (φάση) ) φάση Επικοινωνία δεδοµένων Καλύτερη λήψη των σηµάτων κάτω από δύσκολές συνθήκες µετρήσεων (π.χ. κάτω από γέφυρες) γέφυρες) km Ακρίβεια 2 cm L1 (C/A και φάση) φάση) L2 (C/A και φάση) φάση) L5 (C/A και φάση) φάση) Επικοινωνία δεδοµένων από πολλαπλούς σταθµούς RTK VRS: Κρίσιµο συστατικό οι τηλεπικοινωνιακές λύσεις 17