TEHNOLOGI SPAIALE GEODEZICE 2011

1. STADIUL ACTUAL PRIVIND UTILIZAREA TEHNOLOGIEI SPAIALE GEODEZICE Lansarea primului satelit artificial al Pmntului: Sputnik 1, la 04.10.1957 Domeniile de utilizare ale sateliilor artificiali specializai sunt numeroase si diversificate Au o deosebita importan strategic n domeniul militar i o larg utilizare n domeniul civil: dezvoltarea tehnologiilor satelitare de navigaie care permit poziionarea precis a mijloacelor de transport aeriene, maritime i terestre aflate n micare sau n repaus.

Aceasta tehnologie i-a gsit, de asemenea, o larg aplicabilitate i in domeniul geodeziei i geodinamicii prin realizarea unor reele geodezice la nivel global sau naional, contribuii la determinarea formei si dimensiunilor Pmntului i a cmpului su gravitaional, determinarea deplasarilor placilor tectonice, etc.

La ora actuala funcioneaz n paralel dou sisteme de poziionare global: sistemul de poziionare NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System (NAVSTAR GPS) cunoscut sub denumirea GPS, realizat si gestionat de Statele Unite ale Americii sistemul de pozitionare GLObal NAvigation Satellite System (GLONASS), realizat si gestionat de Federatia Rus

Proiectul GPS a fost demarat de catre guvernul Statelor Unite la inceputul anilor 70. Scopul principal il reprezinta posibilitatea de a putea determina cu precizie pozitia unui obiect mobil sau fix in orice punct de pe suprafata pamintului, in orice moment indiferent de starea vremii. GPS este un sistem care utilizeaza o constelatie de 32 de sateliti pentru a putea oferi o pozitie precisa unui utilizator. Precizia trebuie inteleasa in functie de utilizator. Pentru un turist in jur de 15 m, pentru o nava maritim in jur de 5, pentru un topograf precizie inseamna 1 cm sau chiar mai putin.

GPS poate fi utilizat pentru a obtine preciziile cerute in toate aplicatiile, singurele diferente constand numai in tipul receptorului si a metodei de lucru utilizate. Initial GPS a fost proiectat numai pentru aplicatii militare. Curand dupa ce acest obiectiv a fost atins a devenit evident ca GPS va putea fi folosit si pentru scopuri civile pastrand totusi anumite proprietati numai pentru domeniul militar. Primele doua aplicatii civile au fost navigatia maritima si masuratorile tereste.

2. PRINCIPIUL MSURTORILOR GPS Receptorul GPS msoar timpul necesar unui semnal pentru a se propaga de la satelit la receptor. Distana satelit-receptor o putem determina nmulind acest timp cu viteza luminii (c).

c = distana; c = viteza luminii; = ntrzierea dintre codul generat i codul recepionat;

Satelit Orbita

Receptor Pamant

R GeocentruMsurtorile de distane pe care receptorul le face sunt afectate de ctre eroarea de ceas a satelitului i a receptorului, de aceea acestea sunt denumite pseudodistane.

3. COMPONENTELE SISTEMULUI Sistemul de pozitionare globala functioneaza pe principiul receptionarii de catre utilizator a unor semnale radio emise de o constelatie de sateliti de navigatie, specializati, care se misca in jurul Pamintului pe orbite. Sistemul a fost astfel proiectat nct permite ca n orice moment si oriunde pe suprafata Pamintului, un mobil aflat in miscare sau in repaus, sa isi poata stabili in timp real pozitia

Sistemul de pozitionare GPS, este constituit din trei componente sau segmente principale care asigura functionarea acestuia, dupa cum urmeaza: 1. Segmentul spatial, constituit din constelatia de 32 de sateliti GPS; 2. Segmentul de control, constituit din statiile de la sol, care monitorizeaza intregul sistem; 3. Segmentul utilizatorilor, compus din utilizatorii civili si militari, care folosesc receptoare GPS dotate cu antena si anexele necesare; Primele dou segmente se afl n exclusivitate sub controlul realizatorului sistemului (Departamentul Aprrii - USA)

3.1. Segmentul spaial

Constelatia de sateliti GPS a fost proiectata sa contina 32 de sateliti amplasati pe 6 orbite aproximativ circulare fata de suprafata Pamintului. Planurile orbitale ale satelitilor au o inclinatie de 55o fata de planul ecuatorial terestru, satelitii evoluid la o altitudine de cca. 20.200km. Fiecare satelit face o rotatie completa in jurul Pamintului in 11 ore si 56 de minute Fiecare satelit are o durata de functionare estimata la cca.7 ani, durata care in general a fost depasita, asigurindu-se astfel o siguranta in plus in exploatarea sistemului.

Segmentul spatial, asigura ca la orice ora, in orice loc pe suprafata Pamintului, indiferent de conditiile meteorologice, de perioada din zi sau din noapte, sa se poata receptiona semnale radio de la minimum 4 sateliti dar si mai multi, 8 sau 10, sub un unghi de elevatie de 15o deasupra orizontului, conditii absolut necesare pentru pozitionare.

Principalele functiuni ale segmentului spatial al sistemului si ale fiecarui satelit in parte pot fi sintetizate astfel: - satelitii GPS transmit permanent informatii utilizatorilor prin intermediul unor semnale radio in frecventa nominala fundamentala de 10.23 MHz, din care se genereaza cele doua unde purtatoare: L1 = fo 154 = 1575,42 Mhz = 19,05 cm = 1 L2 = fo 120 = 1227,60 Mhz = 24,45 cm = 2 unde 1 i 2 sunt lungimile de und ale undelor purttoare. - receptioneaza si inmagazineaza informatiile primite de la segmentul de control;

3.2 Segmentul de control Segmentul de control al sistemului GPS este constituit din statiile specializate de la sol care actualmente sunt in numar de cinci si sunt dispuse aproximativ uniform in jurul Pamintului, in zona ecuatoriala 4 staii de monitorizare - Monitor Station 1 staie de control - Master Control Station

Principalele sarcini ale segmentului de control sunt: segmentul de control urmareste permanent prin statii de la sol satelitii sistemului, prelucrind datele receptionate in vederea calcularii pozitiilor acestora (efemeride), care apoi sunt transmise la sateliti; controleaza ceasurile satelitilor; calculeaza corectiile orbitale; activeaza prin comenzi de la sol, la momentul dorit sau necesar, sistemele de protectie SA (Selective Availability) si AS (Anti Spoofing), ale sistemului; stocheaza datele noi receptionate de la sateliti; calculeaza efemeridele prognozate pentru

3.2 Segmentul utilizatori Acest segment e constituit din totalitatea utilizatorilor detinatori de receptoare GPS cu antena, in functie de calitatile receptorului si antenei, rezultind acuratetea preciziei de pozitionare sau a elementelor de navigatie. Receptoarele geodezice sunt receptoarele cele mai precise si opereaza cu lungimile de unda purtatoare L1 si L2 precum si codul C/A sau P.

Receptorul GPS se compune din urmtoarele uniti funcionale:

4. STRUCTURA SEMNALULUI Acuratetea sistemului de pozitionare GPS este asigurata de faptul ca toate componentele semnalului satelitar sunt controlate de ceasuri atomice. Aceste ceasuri atomice, de foarte mare precizie, asigura realizarea unei frecvente fundamentale f0 = 10.23 MHz, in banda L.

lungimea de unda:

v f

unde: v = c = 299 792 458 m/s (viteza luminii in vid) si f0 = 10.23 MHz

2.99792458 10 6 10.23 10

8

30 m

Frecventa fundamentala f0, este la originea a trei parti fundamentale ale semnalului transmis de satelitii GPS si anume: - componenta portanta, care contine 2 unde sinusoidale L1 si L2; - componenta activa, care contine 2 coduri numite C/A si P ; - componenta mesaj, care contine codul D;

Cele dou unde purttoare, sunt generate prin multiplicarea frecventei fundamentale cu 154, pentru L1 si respectiv 120, pentru L2. Frecventele si lungimile de und rezultate au urmtoarele valori:purttoarea L :1

fL fL

1

154 * f 0 1575.42Mhz 120 * f 0 1227.60Mhz

c fL c fL2 1

19 cm 24 cm

purttoarea L :2

2

Codul C/A este liber pentru utilizatorii civili si moduleaz numai lungimea de und portant L1. Acest cod furnizeaz informatii privind identificarea satelitului receptionat. Codul P este codul rezervat utilizatorilor militari precum si altor utilizatori privilegiati si moduleaz lungimile de und ale portantelor L1 si L2. Codul D reprezint codul de navigatie, are o frecvent fD =f0/204800 = 50 Hz, care contine informatiile privitoare la efemeridele satelitilor si parametrii reali pentru calculul pozitiei lor, starea acestora si informatii privind ceasurile de la bord.

Receptoarele de mici dimensiuni, utilizate exclusiv pentru navigatie, receptioneaza numai codurile C/A si D si asigura o pozitionare absoluta in precizia de +/- 100m. Utilizatorii care dispun de posibilitatea de masurare a tuturor codurilor, pot beneficia de pozitionare in timp real, cu anumite date privind corectiile distantelor provenite de la statiile permanente de referinta GPS Utilizatorii care dispun de receptionarea semnalului GPS in doua frecvente dispun de posibilitatea de eliminare a erorilor sistematice, generate de efectul influentei refractiei ionosferice si troposferice;

5. POZITIONAREA CU AJUTORUL TEHNOLOGIEI GPS Pozitionarea cu ajutorul tehnologiei GPS se realizeza prin determinarea distantelor dintre punctul de statie si satelitii GPS vizibili, matematic fiind necesare masuratori la minimum 4 sateliti. Acest numar de sateliti este necesar pentru a ne putea pozitiona cit se poate de precis, numai pe baza distantelor masurate la sateliti.

Daca am avea masuratori la un singur satelit si am cunoaste pozitia acestuia, pozitia noastra in spatiu ar fi pe o sfera Masurind distante la doi sateliti ne aflam pe un cerc generat de intersectia celor doua sfere n momentul in care avem masuratori si la un al treilea satelit, ne localizeazm in doua puncte din spatiu. Pentru o precizie ridicat este necesara a patra masuratoare fata de un al patrulea satelit si atunci in mod cert punctul pozitionarii noastre va fi unic.

Pozitionarea se realizeaza cu ajutorul retrointersectiei spatiale de distante, in sistemul de referinta, reprezentat de elipsoidul WGS84. Fata de coordonatele spatiale care definesc permanent pozitia fiecarui satelit GPS (Sj ), in acest sistem de referinta, coordonatele spatiale ale oricarui punct de pe suprafata Pamintului (Pi ) se pot determina cu deosebita precizie prin intermediul masurarii unui numar suficient de distante de la satelitii receptionati de receptorul din punctul P.

Z

S

j

P i

rR

O

Y

X

Vectorul r , reprezint vectorul de pozitie al satelitului observat la momentul t Vectorul r reprezint vectorul distant de la punctul considerat la satelit Vectorul R rezultat, reprezint vectorul de pozitie al punctului P.

Vectorial, pozitia punctului P este rezolvata prin determinarea vectorului de pozitie R:

r R

R r

Distanta geometric poate fi exprimat de relatia:j i

(t )

( X j (t ) X i ) 2

( Y j (t ) Y j ) 2 ( Z j (t ) Z i ) 2

Pozitionarea cu ajutorul tehnologiei GPS se poate face n diferite modalitti Pozitionare absolut: determinarea coordonatelor spatiale ale punctului P se face cu dou receptoare GPS, din care unul amplasat pe un punct care are deja coordonate tridimensionale determinate ntrun sistem de referint global (WGS84, EUREF, etc). Pozitionare relativ: sunt determinate diferentele de coordonate ntre dou puncte sau componentele vectorului (baseline), ce uneste cele dou puncte stationate cu receptoare GPS

Pozitionare diferential: este asemntoare,ca procedeu, cu pozitionarea absolut cu deosebirea c eroarea care afecteaz distanta de la satelit la receptor este calculat si aplicat n timp real, ca o corectie diferential, dat de ctre receptorul care stationeaz pe un punct de coordonate cunoscute ctre receptorul care stationeaz n punctul nou.

5.1 METODE DE MASURARE CU AJUTORUL TEHNOLOGIEI GPS Masuratorile GPS, in geodezie sau ridicari topografice, se pot executa prin doua metode principale, care in functie de situatie, de aparatura, etc. au fiecare diferite variante :

Metoda static subnelege staionarea cu receptorul pe punctul de staie, pe toat perioada observrii, prilej cu care se realizeaz un numr mare de msurtori. Receptoarele sunt dispuse pe puncte n mod continuu pe o perioad de timp mai ndelungat Durata acesteia este stabilita in functie de lungimea laturilor, numarului de sateliti utilizabili, de geometria segmentului spatial observabil, precum si de precizia de determinare a punctelor noii retele.

Metoda cinematic subnelege deplasarea unui receptor pe perioada observrii, n timp ce un receptor rmne fixat pe punctul cunoscut. Principiul poziionrii prin metoda cinematic se bazeaz pe faptul c n primul rnd se ocup cteva puncte cu coordonate cunoscute pe care se culeg date de la satelii (este necesar ca numrul sateliilor vizibili s fie ct mai mare) pe parcursul a cteva minute. Prin aceast metod se stabilete vectorul dintre receptorul staionar (de baz) i cel mobil (rover), cu o precizie de ordinul a doi la trei centimetri.

Tehnica de msurare

Num. min. Timpul min. de de obs. sateli i4 1ora

Precizia orizontal

Alte caracteristiciPrin utilizarea receptoarelor cu unic frecven, cea mai mare precizie se obine la liniile de baz 10 km. La utilizarea receptoarelor cu dubl frecven nu exist limitri privind lungimea liniei de baz.

Static (Static)

Cu o frecven: 5 mm + 1 ppm Cu dou frecvene:5 mm + 1 ppm

Rapid static (Fast Static)

4

8-30 min

Variaz ntre precizia metodei statice i cinematice, funcie de perioada de msurare

Procedura este identic ca la metoda static, dar timpul de msurare este mai scurt.

Cinematic cu prelucrare ulterioar (PP Kinematic)

4

2 etape

1cm+2ppm

Linia de baz este limitat la aproximativ 10Km. Receptorului i sunt necesari 5 satelii pentru a efectua iniializarea . Receptorul mobil trebuie s fie iniializat cu o precizie centimetric.

Cinematic n timp real (RTK)

4

1 etap

1cm+2ppm

Este necesar legtura radio. Lungimea liniei de baz este limitat la aproximativ 10 km. Receptorul are nevoie de 5 satelii pentru a efectua iniializarea. Receptorul mobil trebuie s fie iniializat cu o precizie centimetric.

6. REALIZAREA RETELELOR UTILIZAND STATII TOTALE SI RECEPTOARE GPSIn principiu sunt doua criterii dupa care sunt clasificate masuratorile GPS: -dupa numarul de receptoare; -dupa pozitia, tipul receptoarelor si timpul de stationare. In functie de numarul aparatelor rezulta urmatoarele metode principale de masurare GPS : -single point position SPP (cu un singur receptor); -cu mai multe receptoare.

6.1. Metoda cu un singur receptor (single point position) Nu este utilizata in masuratorile geodezice Este o metoda simpla, de determinare a coordonatelor aproximative in sistem WGS 84. In punctul unde trebuie determinate coordonatele, se amplaseaza un receptor GPS. Receptorul este deschis si primeste semnal de la satelit. El va fi lasat sa functioneze o perioada de timp, mai indelungata sau mai scurta. In mod normal, cu cat perioada de stationare pe punct este mai mare, cu atat precizia de determinare in sistem WGS 84 va fi mai buna

6.2 Metoda cu mai multe receptoare Este utilizata frecvent in lucrarile geodezice curente. Este suficient sa existe minim doua receptoare GPS care sa receptioneze semnal de la aceiasi minim 4 sateliti vizibili si sa aiba un timp comun de stationare. Astfel, unul din cele doua receptoare devine punct cu coordonate cunoscute si determina prin calcul coordonatele celuilalt.

Cu cat numarul receptoarelor este mai mare, cu atat mai mult creste siguranta determinarilor. Trebuie tinut cont de faptul ca in prezent se pot folosii statii permanente de referinta GPS care pot fi integrate in reteaua noua, in acest caz numarul receptoarelor creste cu numarul statiilor permanente existente. Statiile permanente de referinta GPS utilizate trebuie sa fie amplasate in asa fel incat sa poata fi folosite la calcule (distanta proportionala cu timpul de stationare).

Dupa pozitia, tipul receptoarelor si timpul de stationare, masuratorile GPS pot fi: statice sau rapid-statice; stop and go.

Metoda statica este cea mai utilizata atunci cand se vorbeste de realizarea retelelor geodezice care necesita precizii foarte mari. Metoda statica presupune existenta a minim doua receptoare GPS amplasate pe doua puncte materializate pe teren. Cele doua receptoare primesc semnal de la aceiasi mimin 4 sateliti si au timpul de stationare comun. De asemenea, pentru obtinerea unui randament mai bun si a unor precizii mai bune, numarul receptoarelor este mai mare, la care se pot adauga si statiile permanente de referinta GPS.

6.2.1. Metoda statica

6.2.1.1. Cazul in care se masoara cu doua receptoareIn principiu, unul din receptoare este amplasat pe un punct, iar celalalt receptor stationeaza o perioada de timp pe fiecare din celelalte puncte.

A

H

B

E

F

G D C

De exemplu, statia fixa (cea care ramane pe punct) este amplasata pe punctul de coordonate cunoscute A. Celalalt receptor stationeaza punctele noi, E, F, G si H, apoi cel putin un punct vechi (B, C sau D). In acest caz avem o singura determinare pentru punctele noi. Conform normelor in vigoare, fiecare punt nou trebuie sa aiba cel putin patru vectori de pozitie (determinari). Pentru acesta avem doua variante: Stationarea cu receptorul fix si pe punctele vechi B, C si D si determinarea celorlalte puncte noi. Astfel, vom avea patru determinari independente pentru fiecare punct nou, caz in care se poate aplica metoda celor mai mici patrate. Determinari cu statia totala intre fiecare doua puncte vizibile, integrand masuratorile cu masuratorile GPS

Nu este obligatoriu ca statia fixa sa fie amplasata pe un punct cu coordonate cunoscute.A H B

E

F

G D C

De exemplu, se poate stationa punctul H, punct nou. In acest caz se stationeaza pe cel putin un punct vechi si pe toate punctele noi. Daca s-a stationat punctul vechi A, se determina in prima faza coordonatele punctului nou H din coordonatele punctului A. Din coordonatele punctului H se determina apoi si coordonatele celorlalte puncte noi: E, F si G. Procedeul se repeta apoi cu stationare tot pe un punct nou sau pe un punct vechi, sau cu determinari cu statia totala. In final, fiecare punct nou trebuie sa aiba cel putin patru vectori de determinare.

6.2.1.2. Cazul in care se masoara cu trei receptoare In acest caz, exista mai multe variante: stationarea cu receptorul care ramane fix pe un punct conoscut iar celelalte doua receptoare se amplaseaza pe punctele de determinat

stationarea cu receptorul care ramane fix pe un punct conoscut iar celelalte doua receptoare se amplaseaza pe punctele de determinat

A H

B

E

F

G D C

Stationand punctul cu coordonate cunoscute A, si cu celelalte doua receptoare amplasate pe punctele noi E si H, avem simultan determinarea coordonatelor punctelor E si H, dar si un vector de determinare intre punctele E si H. Tot din punctul A se pot determina apoi punctele noi G si F, dar si vectorul de control intre G si H. Se pot stationa apoi punctele B, C si D cu coordonate cunoscute pentru determinarea punctelor noi. Trebuie indeplinita conditia ca in fiecare punct nou sa existe minim patru vectori. Acesti vectori pot fi dati de masuratorile GPS sau de statiile totale.

stationarea cu doua receptoare fixe pe doua puncte de coordonate cunoscute, iar celalalt receptor, mobil, se deplaseaza in fiecare punct nouA H E F B

G D C

Se stationeaza cu receptoarele GPS fixe in punctele cu coordonate conoscute A si B. Se determina simultan din aceste doua puncte, coordonatele punctelor noi: E, F, G si H. Daca se stationeaza apoi punctele C si D care au de asemenea coordonate cunoscute, punctele noi E, F, G si H vor avea patru determinari independente. Astfel este indeplinita cerinta de a avea patru vectori independenti pentru fiecare punct nou determinat. De asemenea, se verifica incadrarea punctelor vechi prin vectorii AB si CD. Va rezulta o diferenta de distanta si de coordonate.

stationarea receptorului fix pe oricare din punctele noi, celelalte doua stationand cel putin un punct cu coordonate cunoscute si toate punctele noi;A H B

E

F

G D C

Se stationeaza cu receptorul GPS fix punctul nou E. Celelalte doua receptoare se amplaseaza in punctele A de coordonate cunoscute si punctul nou H. Astfel se determina coordonatele punctului nou E din A si ale punctului nou H tot din punctul A. De asemenea se determina vectorul dintre punctele E si H. Se pot stationa apoi cu receptoarele mobile punctele noi F si G. Astfel, din coordonatele punctului nou determinat E, se vor determina coordoantele punctelor noi F si G si vectorul dintre punctele F si G. Receptorul fix se poate amplasa pe oricare alt punct nou sau vechi, important este ca fiecare punct sa indeplineasca conditiile de

stationarea cu doua receptoare fixe pe puncte noi, celalalt receptor stationand pe rand toate punctele noi si cel putin un punct cu coordonate cunoscute;A H B

E

F

G D C

Se pot stationa cu receptoarele GPS fixe punctele E si H. Receptorul mobil stationeaza punctele A, F, G, eventual si un alt punct cu coordoante cunoscute, B. Se determina astfel coordonatele punctelor noi E si H direct din punctele cu coordonate cunoscute A si B. De asemenea se determina si coordonatele punctelor noi F si G. Receptoarele fixe se pot muta in punctele noi F si G, receptorul mobil fiind mutat pe rand in punctele cu coordonate cunoscute C si D si in punctele noi E si H. Se pot completa masuratorile cu statia totala.

stationarea cu doua receptoare fixe unul pe un punct nou, unul pe un punct cu coordonate cunoscute, celalalt receptor stationand pe rand celelalte puncte noi.A H E F B

G D C

Un receptor fix este amplasat pe un punct cu coordonate cunoscute (A), iar celalalt receptor fix pe un punct nou (H). Receptorul mobil se deplaseaza in punctele E, F, G si eventual pe punctele B, C si D. Dupa incheierea primului set de masuratori se stationeaza din nou un punct cu coordonate cunoscute (C) si punctul nou (F). Procedeul se repeta.

Cu cat sunt mai multe receptoare cu atat se detrmina mai corect si mai precis coordonatele punctelor noi. In cazul a 8 puncte, patru puncte cu coordonate cunoscute si patru puncte noi, cu opt receptoare se vor determina un numar de vectori, respectiv combinatii de opt puncte luate cate doua. Se masoara astfel toate combinatiile posibile. Atunci cand se efectueaza si masuratori de directii si distante, numarul de masuratori suplimentare este foarte mare, iar coordonatele finale ale punctelor noi vor avea precizii foarte bune.

6.2.1.3. Cazul in care se masoara cu mai mult de trei receptoare

6.2.2. Metoda stop and go Este utilizata atunci cand se doreste o determinare rapida a coordonatelor, dar cu o precizie mai mare. Timpul de stationare este minim, programul de prelucrare al datelor este diferit fata de metoda statica. In prezent, cand metoda determinarii coordonatelor prin metoda RTK (direct prin utilizarea undelor radio) este tot mai utilizata, aceasta metoda este din ce in ce mai putin utilizata si doar cu aparatura care nu are incorporata tehnologia RTK.

7. RECEPTOARE GPS - CLASIFICARE7.1. Clasificare in functie de mrimile obsevabile cu care pot opera

Receptoare care opereaz cu codul C/A Navigatoare Precizia de pozitionare n cazul acestor receptoare este n medie de aproximativ 15m Multe dintre receptoare au posibilitatea nregistrrii traseelor navigate si memorrii coordonatelor unui numr limitat de puncte ntr-o memorie intern care apoi, prin intermediul unui port de comunicare, poate fi descrcat

Receptoare care opereaz cu codul C/A si msurtori de faz pe unda purttoare L1 Precizia de pozitionare a acestor receptoare este mult imbunttit prin msurtorile de faz ajungnd pn la 5m pot stoca n memorie mrimile msurate. Prin postprocesarea ulterioar a datelor precizia de determinare este substantial mbunttit.

Receptoare care opereaz cu codul C/A si msurtori de faz pe L1 si L2 Faza purttoarei L2 este folosit n combinatie cu L1 reduce influenta ionosferei asupra semnalului. Acest lucru duce la o crestere substantial a preciziei de determinare a bazelor lungi.

Receptoare care opereaz cu codul C/A, codul P si msurtori de faz pe unda purttoare L1. acest tip de receptor este capabil s msoare cu precizie decimetric baze lungi de pn la 100km sau baze cu lungimi medii (20km) n mai putin de dou ore.

Receptoare care opereaz cu codul C/A, codul P si msurtori de faz pe L1 si L2 determinarea rapid a bazelor mari (80 100 km) cu precizii centimetrice Posibilitatea receptionrii corectiilor diferentiale DGPS transmise prin radio, GSM sau Internet de la statii fixe permanente.

7.2. Clasificarea receptoarelor GPS n functie de precizia asigurat

Navigatoare aceste receptoare lucrez numai cu codul C/A modulat pe L1 Precizia lor este de 15m

Receptoare topografice L1 cod si faz Aceste receptoare proceseaz codurile C/A si P si fac de asemenea msurtori de faz pe L1. Precizia lor se ncadreaz ntre 5m (autonom), 25cm (timp real-diferential) Pot lucra si n timp real, cu corectii diferentiale receptionate prin modem sau telefon GSM. Pot avea antena ncorporat n aceeasi carcas cu receptorul, tastatura, ecranul si bateriile, sau toate sau o parte din aceste componente pot fi separate si conectate ntre ele

Receptoarele din aceast categorie utilizeaz codurile C/A si P Precizia lor este de 5m (autonom), 5cm (timp realdiferential) si 5mm (postprocesare diferential). Receptoarele pot lucra n timp real, cu corectii diferentiale receptionate prin modem sau telefon GSM. pot fi compacte, antena, receptorul, tastatura, ecranul si bateriile ncorporate n aceeasi carcas, sau componentele pot fi separate si conectate ntre ele

Receptoare Geodezice L1, L2 cod si faz

8. ERORI

Erori sistematice ale geometriei sateliilor Dispunerea spaial a sateliilor influeneaz direct asupra preciziei coordonatelor obinute. Msura geometric pentru calitatea geometriei satelitului este volumul corpului pe care l formeaz vectorii unitari de la staie ctre sateliii observai. Un volum mai mare conduce la o geometrie mai bun.

Geometrie favorabil a doi satelii. De la observator, liniile spre satelii formeaz un unghi drept. La intersecia cercurilor este o suprafa relativ mic de form patrat, precizia determinrii va fi ridicat.

Geometrie defavorabil a doi satelii. De la observator, sateliii sunt vzui unul n spatele celuilalt, pe linii foarte apropiate. Poziia probabil este pe o suprafa de intersecie mult mai mare i alungit. Ca urmare, precizia de determinare este sczut

Geometrie satelitar bun (stnga) i nesatisfctoare (dreapta)

Pentru a aprecia calitatea geometriei sateliilor se pot folosi valorile DOP (dilution of precision, micorarea preciziei). n funcie de datele utilizate la calcul, se pot deosebi diverse valori DOP:GDOP (Geometric DOP) determin precizia geometric; PDOP (Position DOP) - abaterea standard a poziiei; HDOP (Horizontal DOP) - abaterea standard a poziiei planimetrice; VDO P(Verical DOP) - abaterea standard n plan vertical; TDOP (Time DOP) - abaterea standard de timp. Factorii DOP reprezint influena geometriei satelitului i se pot calcula din timp pe baza coordonatelor aproximative ale satelitului i staiei.

Valori HDOP mai mici ca 4 sunt foarte bune, iar cele mai mari ca 8 sunt slabe. Valorile HDOP cresc dac sateliii recepionai se afl aproape de zenit. Valorile VDOP sunt mai slabe dac sateliii recepionai sunt n apropierea orizontului Valorile PDOP sunt cele mai bune cnd un satelit se afl la zenit i ali trei satelii sunt rspndii uniform n apropierea orizontului. Pentru o determinare bun a poziiei, valoarea GDOP trebuie s fie sub 5.

Valori ale factorului DOP

1 ideal 2-4 excelent 4-6 bun 6-8 moderat 8-20 slab 20-50 foarte slab

Erori sistematice ale orbitei satelitului Aceste erori sunt datorate interpolrii greite a efemeridelorEroarea orbitei 125 m Eroarea bazei 5 ppm

25 m 12.5 m 2.5 m

1 ppm 0.5 ppm 0.1 ppm

Semnalul GPS este incetinit la trecerea prin atmosfera. Sistemul GPS foloseste un model incorporat care calculeaza intarzierea medie pentru a corecta partial acest tip de erori Troposfera reprezint, segmentul de baz al atmosferei, cuprins ntre suprafata Pmntului si o nltime de cca.40 - 50 km. Ionosfera este partea atmosferei care cuprinde centura dintre 70 km i 1000 km deasupra suprafeei Pmntului.

Efecte atmosferice

Aceste erori sunt n cea mai mare parte compensate n receptorul GPS prin calcule corespunztoare.

Efectul datorat reflexiei semnalelor (efectul multipath) Acest efect este cauzat de reflexia semnalului la contactul cu solul sau alte obiecte, nainte de-a atinge antena. Este fenomenul care conduce la faptul c antena primete n acelai timp un semnal direct i unul reflectat, ceea ce duce la scderea preciziei msurtorii .

Efectul multipath

Erorile care apar ca urmare a reflexiei multiple a semnalului de la mediul nconjurtor, au caracter ntmpltor i nu se pot modela, ci se pot doar reduce printr-o alegere cu atenie a locului staiei i alegerea unghiului de elevaie minim corespunztor. Ca o posibilitate de reducere a acestei influene este i utilizarea frecvenelor nalte. n ultimul timp aceast surs de erori se reduce prin utilizarea antenei de form corespunztoare.

TIPUL DE EROAREDiminuarea preciziei geometrice a rezultatelor

CAUZEProasta configuraie a constelaiilor n momentul observaiilor

CORECTAREExecutarea observaiilor n perioada n care configuraia sateliilor este cea mai bunFolosirea metodelor difereniale Folosirea metodelor difereniale

Eroarea efemeridelor

Variaia poziiei teoretice a sateliilor de-a lungul orbitei lor ncetinirea vitezei semnalului datorat traversrii ionosferei

ntrzierea ionosferic

ntrzierea troposferoc

ncetinirea vitezei semnalului datorat traversrii troposferei Eroarea n msurarea timpului din partea orologiilor la bordul satelituluiEroarea n msurarea timpului de parcurgere al semnalului din partea receptorului

Folosirea metodelor difereniale Folosirea metodelor diferenialeEste calculat i eliminat folosind observaiile a patru satelii

Defazajul orologiilor sateliilor

Eroarea orologiului de la receptor

Receptor zgomotos Starea de funcionare a satelitului

Obstrucii sau alte cauze locale Erori cu privire la un satelit determinat datorit proastei sale funcionri

Dificil de eliminat Satelitul nu poate fi folosit

Perturbaii din ionosfer Abateri ale orbitelor sateliilor Erori de ceas al sateliilor Efecte cilor multiple Perturbaii din troposfer Erori de calcul i de rotunjire

5m 2,5m 2m 1m 0,5m 1m

10. PLANIFICAREA MSURTORILOR Atunci cnd planificm sesiunile este recomandabil s utilizm intervalele de timp n care valoarea GDOP este ct mai mic. Deoarece datorit multor factori mai mult sau mai putin previzibili este imposibil s planificm sesiunile la minut este de preferat ca mai bine s msurm cu un punct mai putin dect s reducem timpul de observare n celelalte puncte. Coordonatele obtinute din msurtorile GPS sunt bazate pe elipsoidul WGS84. Pentru a putea permite transformarea lor n coordonate locale este necesar ca punctele cu coordonate locale cunoscute s fie incluse n reteaua msurat cu receptoarele GPS. Aceste puncte trebuie s fie uniform distribuite pe suprafata acoperit de retea. Pentru o corect calculare a parametrilor de transformare trebuie s fie utilizate cel putin trei puncte plus un punct de control (preferabil cinci sau mai multe). Trebuie tinut cont de statiile permanente din zon, care au un rol foarte important acolo unde exist si pot suplini punctele de coordoante cunoscute. Ele pot fi utilizate si la transcalcul.

Durata unei sesiuni, pentru obtinerea unui rezultat bun la post procesare, depinde de mai multi factori: lungimea bazei, numrul satelitilor observati, valoarea GDOP, perturbrile ionosferice. Deoarece perturbrile datorate atmosferei sunt mult mai mici noaptea este avantajos, dac este posibil, ca msurarea bazelor lungi (20-30km) s se fac n aceast perioad. Este recomandabil mrirea duratei sesiunii dac doi din patru sau cinci sateliti observati au elevatia mai mic de 20. Urmtoarele valori sunt orientative: Numr sateliti GDOP