Geodezie satelitar Curs I 1. Consideratii generale asupra conceptului GPS. Segmentele sistemului GPS.Subiectul geodeziei satelitare Geodezia satelitara inglobeaza tehnici de observare si calcul care pot rezolva probleme geodezice utilizand masuratori la, de la si intre sateliti artificiali, in mod deosebit, cei din apropierea Pamantului. Rezultatele geodeziei satelitare se pot regasi in domenii ca: geofizica, oceanografia, navigatia, tehnici militare, geodinamica, meteorologie si climatologie, gravimetrie, masuratori seismice, geografie, topografie si cadastru, fotogrammetrie, etc. 1.1 Conceptul GPS Punctul de pornire al sistemelor de navigaie bazate pe satelii artificiali l reprezint descoperirea c efectul Doppler, ce se putea observa n semnalul transmis de un satelit, putea fi utilizat pentru determinarea exact a timpului cnd satelitul se afla cel mai aproape de suprafaa terestr. Aceast descoperire, corelat cu calcularea efemeridelor satelitului conform legilor lui Kepler a dus la determinarea instantanee a poziiei oriunde n lume. Astfel n 1958 s-a proiectat sistemul de navigaie Navy Navigation Satellite System, cunoscut i sub denumirea TRANSIT, sistem ce a fost operaional n anul 1964. n aceeai perioad i dup aceeai concepie a fost realizat n URSS sistemul TSIKADA. Sistemul TRANSIT a fost predecesorul sistemului modern de poziionare global. Acesta era alctuit din 6 satelii ce erau plasai pe orbite aproape circumpolare la o altitudine de aproximativ 1100 km. Datorit factorilor perturbatori ce acioneaz asupra sateliilor de joas altitudine s-a remarcat o instabilitate destul de mare a orbitelor fapt ce conducea la o precizie de poziionare pentru navigaie destul de mic. n acelai timp existau probleme n acoperirea cu 4 satelii a zonelor terestre, goluri care n apropierea ecuatorului puteau ajunge chiar la 6 ore, neasigurndu-se o poziionare continu . Sistemul GPS (Global Positioning System) a fost dezvoltat pentru a nlocui sistemul TRANSIT i implicit corectarea celor dou mari probleme prezentate mai sus. Astfel n anul 1973 U.S Department of Defence (DoD), din cadrul Ministerului Aprrii Statelor Unite, a elaborat concepia unui sistem de poziionare bazat pe satelii, care s permit navigaia unui obiect oarecare aflat n micare sau n repaus precum i asigurarea unor informaii de timp foarte precise. Sistemul GPS a cunoscu trei faze n dezvoltarea sa: -Faza 1: Programul de validare a conceptului 1974-1978 ; -Faza 2: Dezvoltarea complet i testarea sistemului 1978-1992 ; -Faza 3: Capacitatea operaional deplin dup 1992 . Faza 1 a fost faza Blocului I de satelii experimentali, care au fost nlocuii progresiv cu sateliii operaionali ai Blocului II n faza a doua de dezvoltare a constelaiei. ncepnd din anul 1992, sistemul a fost format din 18 satelii, n ase plane orbitale, la aproximativ 20.200 km altitudine, asigurnd vizibilitate la cel puin 4 satelii simultan, n orice moment al zilei, n orice punct de pe glob.

La sfritul anului 1992 constelaia era format din 21 de satelii operaionali, n 24 de poziii cu 4 satelii pe orbite nclinate cu 55o ntre ele, la altitudinea de 20.200 km. Constelaia actual este constituit din 28 de satelii operaionali. Altitudinea la care sunt situai sateliii este aproximativ 20.200 km iar durata unei revoluii, de 11h15min. Componentele unui satelit sunt: -emitor ; -ceasuri atomice ; -computere ; -echipamente auxiliare . Fiecare satelit emite un mesaj pentru determinarea poziiei sale spaiale . 1.2 Structura sistemului GPS Sistemul GPS este conceput din 3 segmente principale: -segmentul spaial ; -segmentul de control ; -segmentul utilizator. 1.2.1 Segmentul spaial Sateliii NAVSTAR-GPS tramsmit semnale de timp sincronizate pe dou frecvene purttoare, parametrii de poziie ai sateliilor i informaii adiionale cum ar fi starea sateliilor. Aceast constelaie de satelii garanteaz vizibilitatea simultan spre cel puin 4 satelii, din orice punct de pe Pmnt, iar dac satelitul trece prin zenitul observatorului, atunci acel satelit va fi vizibil pentru aproximativ 5 ore.

Fig. 1.1 Constelaia sateliilor GPS Sateliii n esen, sateliii GPS reprezint platforme purttoare de emitoare radio, ceasuri atomice, computere precum i variate echipamente auxiliare necesare pentru operarea ntregului sistem. Sateliii GPS au diverse modaliti de a fi identificai: dup data cnd au fost lansai, numrul de catalog al NASA, numrul poziiei orbitale sau dup numrul PRN (pseudorandom noise) ce reflect poriunea de cod P ce este utilizat de satelit. n general, s-a convenit s se foloseasc numrul PRN.

Tipurile de satelii GPS sunt: Block I, Block II, Block IIA, Block IIR, Block IIM, Block IIF i Block III. Sateliii din generaia "Block-I" au fost satelii prototip, concepui pentru faza de testare i dezvoltare (1979 1985) i erau prevzui cu o durat de funcionare de 5 ani. Sateliii din generaia "Block-II" se deosebesc esenial de sateliii din generaia precedent, prin faptul c aveau implementate tehnicile de protecie SA Selective Availability i AS - Anti Spoofing. Primul satelit din aceast generaie a fost lansat n februarie 1989, durata lui funcionare fiind estimat la cca. 7,5 ani. La bordul fiecrui satelit din "Block-II" se afl 4 ceasuri atomice, dou cu Cesiu i dou cu Rubidiu. Sateliii din generaia "Block-IIA" (A are semnificaia "Advanced" - avansat) sunt dotai cu posibilitatea de comunicare satelit-satelit. Primul satelit din aceast generaie a fost lansat n noiembrie 1990. Sateliii din generaia "Block-IIR" (R are semnificaia "Replenishment"- nlocuire) asigur facilitatea de msurare a distanei satelit-satelit - tehnica SSR Satelit-to-Satelit Ranging), iar ceasurile atomice cu hidrogen sunt cu un ordin de mrime mai precise. Durata de via este estimat la 10 ani. Lansarea sateliilor din aceast generaie a nceput n anul 1995. Sateliii din generaia Block-IIM (M are semnificaia "Modernized" - modernizat) au fost lansai ncepnd din iulie 2004. Sateliii din generaia "Block-IIF" (F are semnificaia "Follow on" - continu) se dorete a fi lansai pn n 2010. Aceast generaie va dispune de sisteme ineriale de navigaie precum i o structur avansat a semnalului. Durata lor de via va fi de minim 10 ani i vor pregti drumul pentru noua generaie de satelii de navigaie Block-III. 1.2.2 Segmentul de control

Segmentul de control al sistemului GPS este constituit din statiile specializate de la sol care actualmente sunt n numr de cinci si sunt dispuse aproximativ uniform n jurul Pmntului, n zona ecuatorial. Principalele sarcini ale segmentului de control, sunt urmatoarele: segmentul de control urmreste permanent prin statii de la sol satelitii sistemului, prelucrnd datele receptionate n vederea calculrii pozitiilor spatio-temporale ale acestora ( efemeride), care apoi snt transmise la sateliti; controleaz ceasurile satelitilor comparndu-le cu un ceas atomic cu hidrogen, de tip MASER; calculeaz corectiile orbitale, care sunt transmise la fiecare satelit si operate de motoarele rachet proprii de corectare a orbitei; activeaz prin comenzi de la sol, la momentul dorit sau necesar, sistemele de protectie SA (Selectiv Availability) si AS (Anti Spoofing), ale sistemului; stocheaz datele noi receptionate de la sateliti; calculeaz efemeridele prognozate (Broadcast) pentru urmtoarele 12 sau 24 de ore pe care le transmite la segmentul spatial; execut ntregul control asupra sistemului; Cele 5 statii la sol care formeaz segmentul de control al sistemului de pozitionare GPS au urmtoarele clasificri si atributii: statia de control principal (Master Control Station), amplasat la Colorado Springs n Statele Unite, centralizeaz datele receptionate de la sateliti de statiile monitoare de la sol, prelucreaz aceste

date pentru prognozarea orbitelor satelitilor (efemeridelor), si execut calculul corectiilor acestora precum si ale ceasurilor, date, care apoi se transmit la statiile de control ale sistemului pe care acestea le ncarc la segmentul spatial, sub o forma care constituie mesajul de navigatie, receptionat de utilizatori; statiile monitor ale segmentului de control sunt amplasate dup cum urmeaz: insula Hawai (estul oceanului Pacific), insula Kwajalein (vestul oceanului Pacific), insula Diego Garcia (vestul oceanului Indian) si insula Ascension (oceanul Atlantic). Fiecare dintre aceste statii mpreun cu statia principal receptioneaz permanent semnalele de la satelitii vizibili, inregistreaz datele meteorologice si parametrii ionosferici pe care le transmit pentru prelucrare la statia principal; statiile de control la sol, amplasate lng statiile monitor din insula Kwajalein, insula Diego Garcia si insula Ascension si care de fapt sunt antene la sol cu ajutorul crora se realizeaz legtura permanent cu satelitii sistemului si prin care se transmit efemeridele, corectiile orbitelor si ale ceasurilor atomice, precum si alte date necesare bunei functionrii a sistemului.

Fig.1.2 - Statiile de control ale sistemului GPS Pentru calculul efemeridelor precise, necesare n special prelucrrii msurtorilor GPS cu utilizare n geodezie-geodinamic, se folosesc msurtori si de la alte cinci statii terestre. 1.2.3 Segmentul utilizatorilor

Acest segment e constituit din totalitatea utilizatorilor detintori de receptoare GPS cu anten, n functie de calittile receptorului si antenei, rezultnd acuratetea preciziei de pozitionare sau a elementelor de navigatie. Receptoarele geodezice sunt receptoarele cele mai precise si opereaz cu lungimile de und purttoare L1 si L2 precum si codul C/A sau P. Dac la nivelul anului 1990 existau cca. 9000 de utilizatori GPS, la nivelul anului 2000 se estimau cca. 500000 utilizatori GPS care pe grupe mari de activitti reprezentau urmtoarele cifre si procente[NGS 1994]: navigatia maritim si fluvial navigatie si transport terestru navigatia aerian utilizatori militari geodezie si cartografie 225000 receptoare 135000 receptoare 80000 receptoare 35000 receptoare 25000 receptoare 45% 27% 16% 7% 5%

Tabel.1.1 Statistic privind utilizatorii de receptoare GPS pe grupe de activiti

Curs II 2. Semnale GPS. Structura semnalelor GPSSistemul GPS este un sistem de masurare a distantelor intr-un singur sens. Satelitii GPS emit semnale care se propaga prin spatiu pana la receptoarele aflate pe suprafata Pamantului sau in apropierea ei. Din semnalul interceptat, receptorul masoara distanta intre centrul de faza al antenei receptorului si centrul de faza al antenei de emisie a satelitului. Acuratetea sistemului de pozitionare GPS este asigurat de faptul c toate componentele semnalului satelitar sunt controlate de ceasuri atomice. Satelitii GPS din Block II prin ceasurile atomice de la bord, 2 cu cesiu si dou cu rubidiu, asigur o stabilitate pe perioad ndelungat de 10-12 10-14secunde. Satelitii din Block IIR, dotati cu ceasuri atomice MASER, cu hidrogen, asigur pe perioad ndelungat o stabilitate echivalent cu 10-14 1015secunde. Aceste ceasuri atomice, de foarte mare precizie, asigur realizarea unei frecvente fundamentale f0 = 10.23 Mhz, n banda L. Avnd n vedere faptul c lungimea de und este dat de relatia:

=unde: v = c = 299 792 458 m/s (viteza luminii n vid)

v f

f0 = 10.23 * 108 Hz rezult: 2.99792458 10 8 30 m 10.23 10 6

=

Frecventa fundamental f0, este la originea a trei prti fundamentale ale semnalului transmis de satelitii GPS si anume: componenta portant, care contine cele 2 unde purtatoare L1 si L2; componenta activ, care contine 2 coduri numite C/A si P ; componenta mesaj, care contine codul D;

Fig.2.1 Mesaje transmise de ctre sateliii GPS

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

fL fL

1

= 154 f 0 = 1575.42 Mhz = = 120 f 0 = 1227.60 Mhz =

c fL c fL2 1

19 cm 24 cm

L :2

2

Sistemul a fost proiectat cu dou frecvente, conditie teoretic indispensabil pentru eliminarea diverselor cauze de manifestare ale unor erori, cum ar fi erorile sistematice care au ca efect imediat ntrzierea semnalului radio emis de satelitii GPS, datorat n principal erorilor generate de efectele erorii de ceas, refractiei ionosferice, troposferice, etc. Determinarea distantei de la satelit la receptorul GPS terestru, esential pentru pozitionarea acestuia, este indispensabil legat de determinarea, ct mai precis, a timpului de propagare al undei de la satelit la receptor, msurtoare care se realizeaz cu ajutorul codurilor generate de un algoritm cu periodicitate n timp, care moduleaz frecventele portantelor. Modulaia se poate scrie sub forma: L1 (t ) = a1 P(t )W (t )cos( f 1t ) + a1C (t )D(t )sin ( f1t ) unde: a amplitudinea semnalului P codul P (Precise sau Protected) W codul W, care pentru protecia mpotriva semnalelor de bruiaj (A-S) transform codul P n codul secret Y (P+W=Y) C codul C/A (Coarse sau Clear Acquisition, obinere date brute sau deschise, dup alii Civil Access acces civil) D cod de date (Data cu viteza de modulaie de 50 bit/s) f frecvena semnalului care aici i mai departe se folosete n locul frecvenei circulare 2 = T t timpul Codul C/A L2 (t ) = a 2 P(t )W (t )D(t )cos( f 2 t )

Doua coduri PRN sunt transmise de fiecare din sateliti, respectiv, codul C/A si codul P. Codul C/A reprezinta o secventa de 1023 numere binare, denumite si cipuri si se repeta la fiecare milisecunda. Acest fapt denota ca sunt generate 1,023 milioane de cipuri pe secunda, si ca un cip are o durata de aproape o microsecunda, astfel modularea va fi de f0/10. Fiecare cip calatoreste pe unda purtatoare prin spatiu cu viteza luminii, astfel se poate converti intervalul de timp in distanta, rezultand o lungime de unda a codului C/A de aprox. 300m. codul C/A (Coarse Acquisitio n) : f C/A = f 0 /10 = 1.023Mhz = c/f 300mC/A C/A

Codul P In ceea ce priveste codul P, precizii mai bune se pot obtine daca se utilizeaza lungimi de unda mai mici. Pentru obtinerea acestor precizii, satelitii emit si codul P, modularea in acest caz fiind chiar frecventa fundamentala. Lungimea de unda a codului P este de doar 30m, adica o zecime din lungimea codului C/A. Frecventa cu care sunt generate cipurile este in mod normal de 10 ori mai rapida: 10, 23 milioane de cipuri pe secunda. codul P (Precision ) : f = f = 10.23 Mhz = c/f 30mP 0 P P

Codul Y

Ca o politica de securitate cunoscuta sub denumirea de Anti Spoofing (AS), Ministerul Apararii al SUA a codat codul P cu ajutorul unui unui cod secret W, cod ce are o frecventa de 20 de ori mai mica decat frecventa fundamentala. In acest sens exista doua servicii de pozitionare oferite de catre sistemul NAVSTAR GPS, si anume SPS Standard Positioning Service si PPS Precise Positioning Service. Primul permite accesul doar la codul C/A, iar cel de-al doilea este precis si permite accesul atat la codul C/a cat si la codul P, fiind destinat armatei americane.Mesajul de navigatie D

Este foarte important ca receptorul sa stie unde se afla satelitii pentru a putea determina distantele dintre receptor si satelitii vizibili. In acest sens, este necesar ca satelitii sa emita mesaje privind informatii orbitale (efemeride) ce se vor utiliza la calculul pozitiei satelitului, a diferentei ceasului satelitar fata de timpul sistemului GPS, informatii despre modul de operare al satelitilor, respectiv informatii privind precizia masuratorilor de distante. Mesajul de navigatie mai contine un almanah, ce cuprinde un set de date ce prezinta o descriere sumara a orbitelor satelitare, calculul frecvenei de recepie a satelitului si alte informatii utilizate la proiectarea masuratorilor GPS. Codul D fD =f0/204800 = 50 Hz

Curs III 3. Atmosfera terestra. Influenta semnalelor in ionosfera. Influenta semnalelor in troposfera3.1 Structura atmosferei terestre Atmosfera Forma atmosferei:sfer turtit,datorit micrii de rotaie a Pmntului i densitii ei mai reduse Limite: max. 10 000 km(uneori este considerat chiar 35 000 km) Alctuire: azot(78,09%) i oxigen(20,95%),la care se adaug dioxid de carbon(0,03%), argon(0,93%),neon,heliu,hidrogen,ozon,amoniac,metan etc. Structura vertical a atmosferei: Troposfera: - limite: 12 km(16-18 km la Ecuator,6 km la poli) - concentreaz 90 % din masa atmosferei - temperatura scade odat cu nlimea(6,4 C la 1 km) - temperatura la limita superioar: - 60 C Tropopauza-strat intermediar ntre troposfer i stratosfer Stratosfera: - limite:12-50 km - este cea mai rarefiat - temperatura aerului crete de la - 60 C la - 4C - prezint un strat de ozon ntre 20-40 km Stratopauza -strat intermediar ntre stratosfer i mezosfer Mezosfera: - limite: pn la 80 km - temperatura aerului scade la 83 C Troposfera + stratosfera + mezosfera = homosfera Mezopauza- strat intermediar mezosfer i ionosfer Ionosfera(termosfera): - limite: 80-1 000 km - temperatura crete la 1 100-1 600 C - are mai multe straturi ce absorb radiaiile solare i reflect undele radio de pe Pmnt - aici se formeaz aurorele polare Exosfera: - limite: peste 1 000 km Termosfera + exosfera = heterosfera Magnetosfera: - limite: pn la 100 000 km Centuri de radiaii: 3 000-4 000 km i 15 000-20 000 km

Fig.3.1 Structura atmosferei terestre3.2 Influenta semnalelor in ionosfera

Ionosfera este un mediu dispersiv pentru microunde, cum sunt cele emise de sateliii sistemelor de poziionare global, n sensul c timpul de propagare este dependent de frecvena semnalului care strbate ionosfera. Cu ct frecvena semnalului este mai mare, cu att influena ionosferei este mai redus. Deci influena refraciei ionosferice asupra semnalului L1 emis de sateliii GPS este mai redus dect asupra semnalului L2.

Fig.3.2 Influena semnalelor n ionosfer

Semnalele satelitare care sunt recepionate sub un unghi de elevaie mai mic, sufer refracii mai puternice, datorit traseului lor mai lung prin ionosfer, fa de semnalele satelitare recepionate din zenit. n condiii normale, influena refraciei ionosferice asupra semnalelor recepionate la elevaia de 15 este de cca. 2,5 ori mai puternic, dect asupra semnalelor recepionate din zenit. Coninutul de electroni n ionosfer i perturbaiile ionosferice ating un maxim n perioada cu activitate solar maxim. Activitatea solar are un caracter ciclic (protuberantele sau exploziile solare) i se repet la cca. 11 ani. Cercetrile recente au dovedit o coresponden ntre activitatea solar i fenomenele care au loc n ionosfer. Influena ionosferei asupra msurtorilor depinde i de lungimea bazei. Cu ct lungimea bazei este mai mare, cu att condiiile ionosferice sunt mai variate, iar influena asupra semnalelor recepionate n staiile S1 i S2 este diferit. O diminuare substanial a efectului ionosferic asupra msurtorilor, se poate obine, prin combinarea msurtorilor efectuate pe cele dou semnale L1 i L2. Sateliii sistemelor de poziionare global emit pe dou frecvene nu numai pentru a transmite un volum mai mare de date, ci mai ales pentru a putea controla efectul momentan al ionosferei. Este evident c doar msurtorile efectuate cu receptoare care opereaz pe ambele frecvene, pot oferi corectarea n mare msur a refraciei ionosferice. Fenomenele care au loc n ionosfer, care depind n cea mai mare msur de activitatea solar, sunt greu de anticipat i de modelat. Din acest motiv, refracia ionosferic rmne n continuare sursa principal de erori n poziionarea relativ, n special cnd bazele care se msoar au lungimi de zeci de kilometri sau chiar sute de kilometri.3.3 Influenta semnalelor in troposfera

Troposfera reprezint, segmentul de baz al atmosferei, cuprins ntre suprafata Pmntului si o nltime de cca.12-16 km. Aceast zon este divizat n dou prti: partea umedcuprins ntre suprafata Pmntului si o altitudine de cca. 11km, zon n care umiditatea atmosferic este prezent si are valori semnificative; partea uscat cuprins ntre altitudinea de cca.10km si 40km (parte din stratosfera) . Refractia troposferic provoac o ntrziere a receptionrii semnalului de la satelit, ntrziere care conduce la cresterea timpului de parcurgere a distantei de la satelit la receptor si n consecint o crestere sistematic a distantelor. Intrzierea datorat refractiei troposferice este independent de frecventa semnalului, aceasta comportndu-se identic fat de cele dou unde purttoare L1 si L2, dar este dependent de parametrii atmosferici si de unghiul zenital sub care se gseste receptorul fat de satelit. Valoarea refractiei troposferice creste exponential cu valoarea unghiului zenital si din aceste motive nu este recomandabil a se efectua observatii la satelitii care apun sau rsar, dect dup ce au intrat sau au iesit, sub unghiul zenital de 700 - 750. Pentru eliminarea acestei erori sistematice, s-au realizat mai multe modele matematice printre care cele mai utilizate sunt cele realizate de Hopfield si Saastamoinen.

Curs IV 4. Timpul - generalitati. Sistemul orar GPS4.1. Definire, istoricul timpului.

Termenul timp include cel putin trei intelesuri: timpul secunda - o marime masurabila cu un ceas pentru a determina viteza schimbarilor, timpul ca un concept o constructie a gandirii umane si timpul ca fenomen sinonim al variabilitatii lumii, prin care se accepta timpul ca o realitate. Determinarea cu precizie a timpului a devenit posibila in anul 1920, o data cu inventarea oscilatorului si a filtrelor cu cristal de cuart. Ceasul atomic a fost inventat in anii 40 ai secolului al XXlea si de atunci precizia determinarii timpului a crescut continuu, aproximativ in acelasi ritm cu care a crescut densitatea de inregistrare in memoria calculatoarelor.4.2. Clasificarea timpului

Se cunosc trei grupe mari de scari de timp si anume: Timpul sideral sau Timpul Universal, Timpul efemer, dinamic sau terestru si Timpul atomic.4.2.1. Timp Sideral sau Timp Universal - red orientarea n timp a Pmntului fa de spaiul inerial, iar scara de timp adecvat este legat de rotaia diurn a Pmntului.

Exist patru elemente care definesc timpul sideral: LAST timp aparent local atribuit echinociului de primvar, sau unghi orar local al echinociului de primvar real; GAST timp sideral aparent Greenwich sau unghi orar Greenwich al echinociului de primvar real; LMST - unghi orar local al echinociului de primvar mediu; GMST - unghi orar Greenwich al echinociului de primvar mediu; LMST GMST = LAST - GAST

Fig.4.1 Scara timpului universal

4.2.2. Timp efemer, Timp dinamic, Timp terestru este un timp convenional i este definit ca o micare orbital a corpurilor cereti n jurul Soarelui. Astronomii au inventat (in 1960) timpul efemeridelor. Acest sistem de timp este precis si nu ia in consideratie rotatia Pamantului. A fost folosit la calculul efemeridelor, mai ales la efemeridele corpurilor ceresti ce se misca in sistemul solar. In 1984 TE a fost inlocuit cu Timpul dinamic terestru, iar n 1991 TDT a devenit timpul terestru (TT). In 1984 a fost creat timpul dinamic baricentric. Acesta se refera la centrul de masa al sistemului solar, apoi, in 1991, a aparut timpul coordonat baricentric, ce este bazat pe relativitate. Ultimele doua sisteme sunt neimportante pentru amatori pentru ca difera cu cateva milisecunde. 4.2.3. Timp atomic se leag de masurarea exact a timpului de cltorile a unui semnal, care cere o scar de timp de nalt rezoluie (TAI), uniform i uor accesibil.

Ceasul atomic utilizeaza ca standard de referinta frecventa perioadei de oscilatie a radiatiei emise la tranzitia intre doua niveluri energetice dintr-un atom. In conformitate cu hotararea celei de a XIII-a Conferinte Generale pentru Masuri si Greutati din anul 1967, secunda este durata a 9192.631.770 perioade de oscilatie ale radiatiei emise la tranzitia intre doua niveluri hiperfine ale starii fundamentale 3S1/2 a atomului de cesiu 133. Ultima referinta internationala pentru timpul precis si frecventa este Timpul Universal Coordonat, care este stabilit pe baza informatiilor despre timp si frecventa de la centrele de timp dispuse in jurul globului pamantesc. In anul 1970, Timpul Universal Coordonat a fost conceput de catre un grup international de experti, format in cadrul Uniunii Internationale de Telecomunicatii, care a considerat ca, pentru evitarea confuziilor in comunicarile asupra timpului, cel mai bine ar fi sa se foloseasca, in toate limbile pamantului, o singura forma abreviata de referinta asupra timpului (UTC).4.3. Importana sistemului orar GPS

Cel mai semnificativ exemplu privind folosirea de catre navigatie a determinarii cu precizie a timpului este existenta Sistemului Global de Pozitionare (GPS) care se bazeaza pe comunicarile a 24 de sateliti orbitali care transmit semnale pe baza carora se evalueaza cu precizie timpul. Deoarece semnalele se deplaseaza cu viteza luminii si timpul de transmisie este cunoscut, calculatoarele care receptioneaza semnalele pot determina cu o inalta precizie distanta la care se afla fiecare satelit orbital. In acest proces se comunica calculatoarelor receptoare timpul determinat cu precizie de catre ceasurile atomice ale GPS si, prin comparare, se determina cu o deosebita acuratete atat pozitia satelitilor, cat si timpul care este comunicat, pentru a fi inregistrat, unui mare numar de utilizatori. In plus, au fost dezvoltate multe tipuri de sisteme de comunicatie care depind de GPS si multe tari utilizeaza semnalele GPS in perfectionarea sistemelor de navigatie si in controlul traficului aerian. Evaluarea exacta a timpului, inclusiv a Timpului Universal Coordonat, este un parametru impus al GNSS, iar ceasul atomic este unul din instrumentele de baza ale sistemului. In prezent, GPS poate fi utilizat pentru a obtine estimarea UTC, iar transformarea UTC intr-un serviciu de timp real reprezinta o preocupare la nivel mondial.

Curs V 5. Sisteme de coordonate utilizate in tehnologia GPS.5.1. Sistemul de coordonate cartezian geocentric

Sistemul de coordonate cartezian geocentric are ca suprafat de referint geoidul, fiind considerat sistemul de coordonate fundamental al geodeziei. Este un sistem de coordonate tridimensional rectangular cu centrul n centrul de mas al Pmntului. Pozitia unui punct oarecare P de pe suprafata Pmntului este definit att n sistem tridimensional (geodetic) ct si n coordonate astronomice. Cele trei axe rectangulare sunt: Axa Z este axa polilor; Axa X este n planul ecuatorului si intersecteaz meridianul 0 (Greenwich); Axa Y este perpendicular pe celelalte dou, situat n planul ecuatorului, cu sensul pozitiv spre est.

Fig.5.1 Sistemul de coordonate astronomic

Coordonatele astronomice sunt: - latitudinea astronomic, notat ; - longitudinea astronomic, notat . Pentru a defini pozitia punctului nu pe geoid ci pe suprafata terenului, acestor dou coordonate li se adaug altitudinea ortometric, notat HOR. Latitudinea astronomic, , a punctului P este unghiul format de verticala punctului P cu planul ecuatorial al geoidului. Longitudinea astronomic, , este unghiul diedru format de meridianul astronomic al punctului Greenwich cu meridianul punctului P. Altitudinea ortometric, H, este diferenta pe vertical, msurat pe verticala locului, dintre punctul P de pe suprafata terenului si punctul n care verticala punctului P nteap geoidul. Fizic, verticala unui punct oarecare P este dat de firul cu plumb. Toate observatiile geodezice sunt referite la verticala locului, care trebuie s coincid cu axa vertical a oricrui instrument geodezic amplasat n punctul respectiv. Sistemul astronomic local, legat de normala n, intr.-un punct de observatie P poate fi definit ca: cos cos n = cos sin sin

5.2. Sistemul astronomic local

Acest sistem de coordonate are axele definite in felul urmator: planul orizontal xy este perpendicular pe directia gravittii; axa z este axa polilor; axa x este situat n meridianul local al punctului P (originea sistemului), deci cu sensul pozitiv spre nordul geografic; axa y are sensul pozitiv spre estul astronomic si este perpendicular att pe axa x ct si pe directia gravittii; altitudinea, HOR, este ndreptat dup tangenta la directia gravittii, cu sensul pozitiv ctre zenitul astronomic. Orice alt punct din vecintatea punctului P si vizibil din acest punct, poate fi determinat n acest sistem de coordonate prin msurtori clasice (directii, distante, unghiuri zenitale) sau GPS. Msurtorile clasice sunt denumite si coordonate astronomice polare locale: S - distanta nclinat dintre cele dou puncte; - azimutul astronomic al punctului de statie n raport de punctul nou, R; Z- unghiul zenital, format ntre verticala locului punctului P si directia PR; Coordonatele astronomice polare locale care definesc pozitia punctului nou R n sistemul astronomic local pot fi transformate n coordonate naturale locale, respectiv x,y, HOR, pentru punctul R.x cos A sin Z X = y = S sin A sin Z z cos Z

Fig.5.2 Sistemul astronomic local

5.3. Sistemul global elipsoidal

Sistemul global elipsoidal este similar cu sistemul cartezian global geocentric. Originea sistemului este n imediata apropiere a centrului sistemului cartezian global geocentric, respectiv ct mai aproape de centrul de mas al Pmntului. De asemenea, cele trei axe de coordonate sunt apropiate pn la coincident cu axele de coordonate ale sistemului cartezian global geocentric. Este de asemenea un sistem de coordonate tridimensional rectangular. Pozitia unui punct oarecare P de pe suprafata Pmntului este definit att n sistem tridimensional elipsoidal ct si n coordonate elipsoidale (latitudinea si longitudinea elipsoidal). Cele trei axe rectangulare sunt: Axa Z este ct mai aproape de axa polilor geografici; Axa X este n planul ecuatorului elipsoidal si intersecteaz meridianul 0 al elipsoidului respectiv; Axa Y este perpendicular pe celelalte dou, situat n planul ecuatorului elipsoidului, cu sensul pozitiv spre est. Coordonatele elipsoidale, analog coordonatelor astronomice sunt: latitudinea geodezic, notat B;

-

longitudinea geodezic, notat L.

Pentru a defini pozitia punctului pe suprafata terenului, si nu pe elipsoid, acestor dou coordonate li se adaug altitudinea elipsoidal, notat HE. Latitudinea geodezic, B, a punctului P este unghiul format de normala la elipsoid n punctul P cu planul ecuatorului elipsoidului de referint. Longitudinea geodezic, L, este unghiul diedru format de meridianul geodezic al punctului P cu meridianul geodezic al punctului Greenwich. Altitudinea elipsoidal, HE, este diferenta pe vertical, msurat pe normala la elipsoid a punctului P, dintre punctul P de pe suprafata terenului si punctul n care normala le elipsoid a punctului P nteap elipsoidul. De remarcat c meridianul 00 al elipsoidului nu corespunde cu meridianul 00 al geoidului. De asemenea, n mod normal, fiecare elipsoid are alt origine pentru meridianul 00 si alt pozitie a ecuatorului. De exemplu, ntre elipsoidul Krasovski si elipsoidul WGS84 este o diferent de circa 1 pe longitudine si circa 6 pe latitudine la nivelul trii noastre.

Fig.5.3 Sistemul elipsoidal global Sistemul elipsoidal local, legat de normala n, intr.-un punct de observatie P poate fi definit ca: cos cos n = cos sin sin

5.4. Sistemul elipsoidal local

Sistemul de coordonate elipsoidal local are axele definite astfel: planul orizontal xy este perpendicular pe normala la elipsoid; axa x este situat n meridianul geodezic al punctului P (originea sistemului), deci cu sensul pozitiv spre nordul geodezic; axa y are sensul pozitiv spre estul geodezic si este perpendicular att pe axa x ct si pe normala la elipsoid; altitudinea, HE este ndreptat dup normala la elipsoid, cu sensul pozitiv ctre zenitul geodezic.

Fig.5.4 Sistemul elipsoidal local Coordonatelor astronomice polare le corespund coordonatele elipsoidale polare locale: D - distanta nclinat dintre cele dou puncte; - azimutul astronomic al punctului de statie n raport de punctul nou, R; E - unghiul zenital, format ntre normala la elipsoid a punctului P si directia PR; Coordonatele elipsoidale polare locale care definesc pozitia punctului nou R n sistemul elipsoidal local pot fi transformate n coordonate elipsoidale locale, respectiv xyHE, pentru punctul R.x cos sin X = y = D sin sin z cos

5.5. Sistemul WGS 84

Sistemul de referin utilizat de tehnica GPS este sistemul WGS 84 (World Geodetic System), cruia i este asociat un elipsoid geocentric echipotenial de revoluie. Sistemul de referin n care este ncadrat o reea GPS poate fi considerat un sistem convenional, local, care are originea translatat cu o cantitate necunoscut fa de sistemul WGS. Sistemul WGS 84 a fost dezvoliat de D.M.A. (Defense Mapping Agency) din SUA i este n principiu identic cu Sistemul Geodezic de Referin l980. Sistemul WGS 84 a necesitat realizarea: -unui sistem de coordonate geocentric ; -unui elipsoid mediu (al Pmntului) ; -parametrilor de transformare n alte datumuri geodezice . Sistemul WGS 84 este un sistem geocentric fix cu originea n centrul de mas al Pmntului i prezint urmtoarele particulariti: - axa Z este paralel cu direcia Polului Terestru Convenional (CTP) i a meridianului zero - axa X reprezint intersecia meridianului WGS de referin cu un plan paralel cu Ecuatorul Polului Terestru Convenional ce include centrul de mas al Pmntului definit de WGS 84. Sunt prezentai n continuare parametri elipsoidului ataat sistemului WGS 84 : Parametrii sistemului WGS 84 Parametri Semiaxa mare Coeficientul armonic zonal Viteza unghiular a Pmntului Constanta gravitaional a Pmntului Turtirea GM F A C20 Notaie Mrime 63787137 m -484.16685 10-9 7292115 10-11rad/s 398600510 108 m3/s2 1/298.257223563 Precizie 2m 1.310-9 m 0,15 10-11rad/s 0,6 108 m3/s2 3 ppm

Raza ecuatorial (a) este determinat cu o eroare de 1-2 m, iar valoarea turtirii (f) este cunoscut cu precizia de aproximativ 3 ppm. Parametrii sistemului WGS 84 sunt practic identici cu cei ai Sistemului Geodezic de Referin (GRS 80), singura diferen constnd n faptul c valoarea coeficientului zonal gravitaional C20 este luat din modelul gravitaional WGS 84 i de aceea difer puin de GRS 80. Aceast neconcordan se manifest de fapt printr-o diferen nesemnificativ a valorii semiaxei mici a celor 2 elipsoizi corespondeni. bWGS 84 bGRS 80 = +0,1 mm Recurgnd la metode adecvate de transformare i folosind un anumit numr de puncte notate n cele dou sisteme, este posibil trecerea, fr probleme particulare, ale coordonatelor X i Y ale GPS la coordonate corespunztoare n sistemele geodezice naionale. Problema este de fapt n ceea ce privete cotele. Cum este tiut, cotele punctelor suprafeei fizice a Pmntului sunt raportate la nivelul mediu al mrii, adic la geoid, pe cnd cotele GPS sunt raportate la suprafaa elipsoidului WGS84. Cu alte cuvinte, cotele GPS i cotele topometrice (cote ortometrice) nu sunt raportate la aceeai suprafa zero.

Curs VI 6. Tipurile de mrimi msurabile utilizate n tehnologia GPSMrimile msurabile se clasific astfel: - faza codurilor; - numrul integrat Doppler; - faza undei purttoare.6.1. Msurarea fazei codurilor sau a pseudodistanelor

Msurarea fazei codurilor reprezint n fapt o nregistrare a diferenei de timp (T) ntre momentul de emisie a semnalului din satelit i al recepiei n anten. Deoarece timpul este msurat n receptor cu ajutorul unui ceas intern, a crui funcionare un coincide cu ceasul satelitului, rezult o decalare provocat de aceast diferen, care se rsfrnge asupra calculului distanei. Practic, produsul T*v nu determin corect distana de la satelit la receptor, fapt pentru care produsul amintit se mai numete pseudodistan. Msurarea pseudodistantelor poate fi realizat numai prin utilizarea codurilor, deoarece numai acestea pot da indicatii asupra momentului cnd marca de timp este emis de satelit si poate fi detectat de receptor. Aceast diferen de timp se va obine n receptor printr-o corelare ncruciat a semnalului recepionat de la satelit cu un semnal identic generat n receptor. Reconstruirea semnalului n receptor este dependent de cunoaterea unei secvene PRN, dup care s-a codificat semnalul satelitar. Astfel, satelitul emite o und purttoare codificat f i este recepionat sub forma fr, dar n cadrul receptorului, un oscilator este responsabil de generarea unei frecvene fi = fr. Aceast coresponden a frecventelor se menine pe toat perioada msurtorilor. In acest moment, semnalul fi este codificat printr-o modulaie de faz cu o secven PRN identic cu cea utilizat de satelit pentru codificarea semnalului.T = PD/v = 20.200km/aprox. 300.000km/s = 0,07secunde

Dac ceasul satelitului ar corespunde cu ceasul receptorului, problema s-ar simplifica ntruct produsul dintre T si viteza luminii ar da distanta dintre satelit i receptor, dar corespondena aceasta nu exist, aa c se accept o decalare t privitoare la ceasul din receptor. t = Ts - Tr Acum am fi n msur s corectm timpul msurat cu decalarea t: Tc = T + t Astfel se poate scrie acum o relaie prin care se determin distanta satelit-receptor: D =(T + t)*v

D = T*v + t*v

T*v = D - t*v

Ca o concluzie se poate spune c msurarea timpului de propagare T multiplicat cu viteza luminii reprezint diferena dintre distana satelit receptor i o valoare constant.

Fig.6.1 Determinarea fazei codurilor6.2. Msurtori Doppler

Msurtorile Doppler urmaresc efectul micrii relative a satelitului, care are o vitez de deplasare de cca 14.000 km/h, n raport cu receptorul de la sol. Datorit acestei micri, frecventa receptionat fr nu este constant. tim c n = f * t, unde f frecventa constant t timpul n numrul de lungimi de und Numrul de perioade sau de cicluri n se poate obine prin utilizarea unor intervale scurte de timp ti: n = t1f1 + t2f2 + t3f3 +.+ tnfn Se vor obine rezultate foarte bune atta vreme ct t are valoare mic, sau tinde spre 0. Dac se ntmpl acest lucru, atunci numrul de cicluri de lungimi de und recepionate n perioada T1 T2, se va determina prin integrarea frecventei recepionate.

T2

n=

T1

f dtr

Practic, pe noi ne intereseaz s determinm o diferen de distan dintre receptor i dou poziii orbitale consecutive ale aceluiai satelit la dou epoci diferite T1 i T2. Acest lucru se realizeaza prin compunerea frecventei recepionate fr cu o frecven generat n interiorul receptorului fi, dar foarte apropiat de cea recepionat. Astfel vom obine o frecven a variaiei n amplitudine: fa = fi - fr n final se vor msura ciclurile frecvenei de variaie a amplitudinii fa n intervalul ales T1 - T2.T2

N 1 2 =

T1

f a dt = ( f i f r )dt , N- reprezint numrul integrat Doppler.T1

T2

6.3. Msurarea fazei purttoare sau a purttoarei mixate

Msurarea fazei purttoare sau a purttoarei mixate are la baz principiul fazic, care se bazeaz pe msurarea diferentei de faza ntre modulaiile transmise i cele recepionate. Mrimea care se urmrete n aceast situaie este diferena de faz a semnalului recepionat de la satelit i cea a semnalului generat n receptor, denumit i faza purttoarei, innd cont i de efectul Doppler. Lungimea receptor satelit, poate fi obtinut astfel prin msurarea fazelor portantelor L1 si L2, metoda presupunnd urmrirea unui satelit j n lungul orbitei sale la o epoca initial t0 si respectiv la o epoca oarecare t.

Fig.6.2 Msurarea fazei purttoare

La momentul t0 distanta de la satelitul j la receptorul i poate fi exprimat ca o sum, dat de numrul ntreg de cicli ai undei de la satelit la receptor, plus o fractiune de lungime de und, care exprim o fractiune de ciclu ntreg de lungime de und. Dji = N + In realitate, aceasta este mrimea care se msoar, n timp ce numrul de cicli ntregi denumit ambiguitate de faze, rmne ca o nou necunoscut pentru fiecare satelit observat. Dac se presupune c ambiguitatea rmne la o valoare constant trebuie mentinut contactul cu satelitul ntre diferite epoci de msurare si pe urm continutul numrului ntreg de cicli se schimb datorit miscrii relative a satelitului fat de receptor (efectul Doppler). Pierderea contactului receptorului cu satelitul, generat n special de obstacole n calea semnalului, denumit cycle slip, provoac aparitia unei noi ambiguitti de faz, necunoscut care apare la fiecare ntrerupere de semnal. Modelul matematic de msurare de faze are deci urmtoarea expresie (Hofmann-Wellenhof 1992): ij = unde: ij ( t ) 1 j i ( t ) + N ij + f j ij ( t )

- msuratoarea de faz, exprimat n cicli; - lungimea de und; - distanta geometric; - ambiguitatea de faz (numr ntreg de lungimi de und), independent de t; - frecventa semnalului de la satelit; - combinatii ale erorilor de ceas ale satelitului j si ale receptorului i.

ijN ijfj

ij

Precizia distanei cu msurtori de faz este de aprox. 3 mm, deci aceast msurtoare este mult mai precis dect cea de cod. Distana de faz ns n cazul fiecrui satelit conine o necunoscut (sunt necunoscute ciclurile n momentul nceperii msurtorii), care se pot determina la prelucrarea datelor.

Curs VII 7. Tehnici de poziionare GPSPoziiile diferitelor puncte de pe suprafaa terestr pot fi determinate utiliznd tehnici i tehnologii multiple de msurare. Determinrile pot fi fcute relativ la un sistem de coordonate bine definit, de regul tridimensional, la care originea o constituie chiar centru de mas al Pmntului, fie n raport cu un alt punct ce reprezint originea unui sistem de coordonate locale, diferit de centrul de mas al Pmntului i stabilit conform scopului i destinaiei urmrite. Noiunea de poziionare poate fi atribuit att elementelor aflate n micare (mobile) ct i celor fixe (statice). Astfel, n cadrul determinrilor n spaiu se disting dou tehnici de poziionare: -poziionarea relativ; -poziionarea absolut.7.1. Poziionarea absolut sau autonom

Prin poziionare absolut se nelege determinarea poziiilor obiectelor mobile sau statice n raport cu un sistem tridimensional de coordonate, originea constituind-o chiar centrul Pmntului. In alt ordine de idei, poziionarea absolut reprezint o determinare independent a unui punct, unde din msurtori de cod gsim coordonatele n sistemul WGS84 din determinarea pseudodistanei n acelai timp cu msurtorile. Aceast metod necesit un singur receptor. Ca msurtori, intr n atenie doar msurarea pseudodistanelor cu ajutorul codurilor, deci este suficient s dispunem de un receptor cu caracteristici tipice pentru navigaie. Precizia potenial n poziionarea absolut, poate fi influenat i dirijat din segmentul de control al sistemului prin tehnica S-A (select availability).

Fig.7.1 Metoda poziionrii absolute

Se poate spune c precizia acestei metode pentru o determinare n plan este de cca. 100 m, iar n poziionarea altimetric de 140 m dac S-A este activat. Aceast precizie poate fi mbuntit numai prin msurtori ndelungate (SPP single point positioning -ca faz de teren, SPS single point solution ca faz de cabinet ), sau prin alte tehnici. Poziionarea unui punct izolat poate avea loc cu receptorul fix - msurare static , sau cu receptorul mobil - msurare cinematic. Rezultatul poziionrii unui singur punct mai este cunoscut i sub denumirea de soluie de navigaie, indiferent dac receptorul este n micare sau fix. Pentru a obine o soluie n timp real, trebuie s se dispun de minimum 4 pseudodistane msurate concomitent spre patru satelii, necesare la determinarea celor 4 necunoscute (3 coordonate carteziene X, Y, Z, i eroarea de timp t).7.2. Poziionarea relativ

Prin poziionare relativ se nelege determinarea poziiilor obiectelor mobile sau statice n raport cu un alt punct ce reprezint originea unui sistem de coordonate locale, diferit de centrul de mas al Pmntului i stabilit n funcie de scopul urmrit. In alt ordine de idei, poziionarea relativ nseamn msurarea simultan a pseudodistanei sau a fazei purttoare din dou sau mai multe puncte ctre aceiai satelii. Metoda necesit cel puin dou receptoare. Prin msurtori simultane n dou puncte staionate cu echipamente GPS spre aceiai satelii, se poate determina vectorul bazei ntre cele dou staii, acesta fiind definit prin coordonatele relative X, Y i Z n sistemul WGS 84. Practic, poziionarea relativ are drept scop determinarea poziiei unui punct necunoscut n raport de un punct de coordonate cunoscute. In urma efecturii unor astfel de observaii se determin vectorul dintre cele dou puncte denumit i vectorul bazei sau pe scurt, baz (b).

Fig.7.2 Metoda poziionrii relative

Fie A un punct geodezic cu coordonate geodezice spatiale cunoscute si un punct geodezic B, considerat punct nou. Coordonatele punctului B, se vor putea determina cu relatiile:X B = X A + b AB XB XA bAB = YB Y A ZB ZA X AB = Y AB Z AB

Metoda de prelucrare se bazeaz pe calculul diferenelor formate n cadrul msurtorilor, iar n cursul acestei prelucrri unele erori dispar sau efectul lor scade simitor. Precizia metodei relative de pozitionare este mult mai ridicata fata de pozitionarea unui punct singular. La determinarea relativa a pozitiei punctelor, componentele vectorului baza sunt determinate dupa finalizarea masuratorilor, n cadrul procesarii la birou a datelor. Pentru o pozitionare relativa n timp real, este nevoie de un sistem de transmisie a datelor spre una dintre statii, unde are loc procesarea datelor concomitent cu desfasurarea masuratorilor. Preciziile care sunt cerute n aplicatiile geodezice, sunt atinse astazi numai prin metodele relative de pozitionare, efectundu-se masuratori de faza asupra undelor purtatoare. Rationamentele prezentate pentru doua receptoare, pot fi extrapolate fara restrictie la folosirea mai multori receptoare, cu mentiunea, ca una dintre statii va prelua functia de statie de referinta, fata de care se determina apoi pozitiile relative ale celorlalte statii.7.3. Poziionarea diferenial - DGPS

Pozitionarea diferentiala cu GNSS, abreviata DGPS, este o tehnica de pozitionare n timp real, n care sunt folosite doua sau mai multe receptoare. Unul dintre receptoare este instalat ntr-o statie de coordonate cunoscute, unde pe baza masuratorilor efectuate cu o anumita rata de nregistrare sunt calculate corectii pentru masuratorile de pseuodistante si corectii pentru rata masuratorilor, care sunt apoi transmise spre unul sau mai multe receptoare mobile. Receptorul mobil aplica corectiile transmise si si calculeaza pozitiile cu pseudodistante corectate. Mare parte a erorilor ce afecteaz msurtorile efectuate de satelii pot fi eliminate complet sau cel puin semnificativ reduse utiliznd tehnicile de msurare difereniat.

Fig.7.3 Metoda poziionrii difereniale - DGPS

7.3.1. Rolul receptorului de referin n cadrul tehnologiei DGPS

Antena receptorului de referin este montat ntr-un punct msurat anterior i ale crui coordonate sunt cunoscute. Receptorul care este plasat n acest punct este cunoscut sub numele de receptor de referin sau staie de baz. Receptorul se pornete i ncepe s depisteze sateliii. Poate calcula o poziie autonom folosind poziionarea absolut. Din cauz c este ntr-un punct cunoscut receptorul de referin poate s estimeze foarte precis care ar trebui s fie distantele fata de sateliti. Astfel, receptorul de referin poate s rezolve problema diferenei dintre valorile calculate i msurate ale distantelor fata de sateliti, aceste diferene fiind denumite corecii. Receptorul de referin este de obicei ataat unui ir de legturi radio care sunt folosite pentru a rspndi aceste corectii.7.3.2. Rolul receptorului Rover n cadrul tehnologiei DGPS

Acest receptor se afl la cellat capt al corectiilor. El conine o legtur de date radio care-i permite s perceap corecturile difuzate de ctre receptorul de referin. Receptorul Rover mai calculeaz i distantele la satelii, apoi aplic corectura pe care o primete de la receptorul de referin. Acesta i permite s calculeze o poziie cu mult mai exact dect cea determinat din msurtorile care nu au fost corectate. Folosind aceast tehnic, toate sursele de erori sunt minimalizate, obinnd astfel cea mai exact poziie. Se tie c mai muli receptori Rover pot primi corecturi de la un singur receptor de referin. In prezent s-au realizat sisteme de poziionare de tip D-GNSS, care au o acoperire global, coreciile difereniale determinndu-se pe baza unor reele de staii GNSS permanente dispuse pe suprafaa ntregului Glob. Coreciile sunt difuzate utiliznd sisteme complementare alctuite din satelii de comunicaie geostaionari. Cele mai cunoscute sisteme D-GPS actuale sunt WAAS, EGNOS (3 satelii operaionali din aprilie 2004) i MSAS. Aria de acoperire cu corecii difereniale este prezentat n fig.3. Exist n unele ri i sisteme D-GNSS realizate la nivel naional (SUA, Germania, Austria, Frana, Japonia .a.) sau local.

Fig.7.4 Sisteme GNSS complementare

7.3.3. GPS diferenial n timp real

Metoda RTDGPS (Real Time Differential GPS) sau cinematic n timp real, RTK (Real Time Kinematic) elimin inconvenientele metodelor prezentate anterior, unul dintre cele mai importante fiind poziionarea doar prin postprocesare. Astfel, RTK permite determinarea i cunoaterea rapid a coordonatelor antenei receptorului, inclusiv verificarea calitii msurtorilor, corelarea i corectarea erorilor de distan cu transmiterea datelor prin unde radio.

Curs VIII 8. Metode de msurare cu ajutorul sistemelor GPSPentru cei mai muli utilizatori, precizia maxim dat de tehnologia GPS nu este cerin imperativ. n funcia de problema care urmeaz s fie rezolvat - trebuie s se aleag o metod de msurare de msurare care s asigure un rezultat de precizie mare. Datorita preciziei ridicate care se cere n geodezie, nu intra n atentie dect metodele relative de pozitionare, cu ajutorul masuratorilor de faza asupra undelor purtatoare. O trecere n revista a metodelor de masurare n pozitionarea relativa este data n tabelul de mai jos. n practica este de multe ori avantajos, ca metodele de masurare sa fie combinate. De exemplu metoda statica poate fi utilizata pentru a determina unele puncte de referinta n zona de lucru, care apoi sa constituie puncte de plecare pentru masuratorile cinematice si/sau pseudocinematice.Caracteristici Metoda Static Condiii de aplicare Baze mari, peste 10km, receptor cu dubl frecven (L1, L2) Baze scurte, sub 20km, receptor cu dubl frecven (L1, L2) sau L1 Numr mare de puncte pe suprafee reduse, libere Numr mare de puncte pe suprafee limitate, neacoperite Logistic special, vectori sub 40km Precizie (5mm +1ppm) (5mm10mm +1ppm) (1cm +2ppm) Durata observaiilor 30min-1h Avantaje Precizie ridicat i omogen pe suprafee mari Rapiditate i eficacitate fr meninerea contactului cu aceeai satelii Metod rapid, eficace Incoveniente Timp mare de staionare Minim satelii GDOP