GNSS(Globalni Navigacioni Satelitski Sistemi )

GNSS osnove

l GPS = Globalni Pozicioni Sisteml Prvi i najpoznatiji sistem

l GNSS = Globalni Navigacioni Satelitski Sistemil Zajedničko ime za sve navigacione sistemel GPS je deo GNSS, kao i GLONASS, Galileo, BeiDou i drugi.

Globalni Navigacioni Satelitski Sistemi

4

GPS

5

Kratka istorija GPS…

l - LORAN-C (Long Range Aid to Navigation) : brodska navigacija. Korišćene su bove radio predajnicima duž obala. Niska tačnost lokalizacije ~ 200m.-

6

Kratka istorija GPS…

l TRANSIT: razvijen od strane U. S. Navy. Koristio je 6 satelita, sa niskim orbitama. Pokrivao je celu Zemlju i nudi visoku tačnost (ispod metra), ali je zahtevao više sati rada.

l SECOR

l System 621B

7

Kratka istorija GPS…

l Ministarstvo odbrane USA je utvrdilo da je tokom 70-tih godina ~120 navigacionih sistema bilo u upotrebi. Tada je predloženo uvođenje jedinstvenog sistema NAVSTAR ( NAVigation System with Timing And Ranging)

8

Segmenti GPS-al Kosmičkil Kontrolnil Korisničkil Terestički

Kosmički segment

Kontrolni sgment

korisnici

9

Kosmički Segment

l Čine ga satelitil Minimum 24 operativna

satelita (7 rezervnih)l Na udaljenosti oko 20000 km.

10

GPS konstalacija satelita

l 6 orbita, svakom satelitu je potrebno 12 sati da obiđe Zemlju

l 4 satelita u svakoj orbitil Orbite satelita su

projektovane tako da se najčešće signali sa šest satelita mogu primiti na bilo kojoj tački Zemlje

11

GPS kontrolna mreža

Kontrolni Segmentl Četiri kontrolne stanice locirane na

Zemlji; l 1) Hawai u Pacifiku;l 2) Diego Garcia u Indijskom Okeanu,l 3) Ascension Island u Atlanskom Okeanu,l 4) Colorado Springs u Coloradu

l Glavna kontrolna stanica je u Schriever (Falcon) Air Force Base u Colorado Springsu, Colorado..

13

Korisnički segment

Ships

Aircraft

For hand carrying

ground vehicles

GPS Risiveri

GPS risiveri mogu se nositi u ruci ili biti instalirani na prevoznim sredstvima.

GNSS osnove

l Globalni Navigacioni Satelitski Sistemil Sateliti se oko Zemlje kreću po orbitamal Njihovi signali su dostupni svuda na Zemlji

l Regionalni Satelitski Sistemil Sateliti se kreću po orbitamal Pokrivaju samo određene oblasti

l Geostacionarni Satelitski Sistemil Sateliti se kreću po orbitama brzinom

koja je jednaka brzini rotacije Zemljel Posmatrano sa Zemlje izgleda kao da

stoje u mestul Pokrivaju samo određene oblasti

GNSS osnove

l Globalni Navigacioni Sistemil GPSl GLONASSl GALILEOl BeiDou (BeoDou-2 ili poznatiji kao COMPASS)

l Regionalni sistemil BeiDou-1l QZSSl IRNSS

l Pomoćni sistemi (korekcioni)l WAASl MSASl EGNOSl GAGAN

GNSS osnove

l Globalni Navigacioni Sistemil GPSl GLONASS l GALILEOl BeiDou

GPSl GPSl Globalni sistem pozicioniranjal GPS NAVSTARl SADl Prvi satelti lansirani 1978.god.

l Trenutna konstelacija:l 11 x Block I (nijedan nije u funkciji)l 19 x Block IIA (8 u funkciji)l 12 x Block IIR (svi su u funkciji)l 8 x Block IIRM (7+1 za testiranje orbita)l sa L2C civilnim signalom

l 12 x Block IIF (svi su u funkciji)l Sa L5 signalom (treća frekvencija)

l Sledeća planirana lansiranja:l 5 x Block IIIA (u naredne dve godine, od ukupno 12)

l novi signali jače snage, duži životni vek: ~15 godina

l Karakteristike GPS satelita Block IIFl Treći civilni signal (L5)l Životni vek 12 godina

l Karakteristike GPS satelita Block IIIl Četvrti civilni signal (L1C)l 4x bolji kvalitet signalal Bolja sinhronizacija sa ostalim sistemimal Životni vek 15 godina

l 2014 godine krenulo se u obnavljanje zemaljskih stanica za kontrolu i praćenje satelita

GPS

GLONASS

l GLONASS (ГЛОНАСС)l ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система = GLObalni

NAvigacioni Satelitski Sisteml Rusijal Program razvoja započet 1972. god u SSSR-ul Sistem obuhvata 21 aktivni i 3 rezervna satelital Nalaze se na udaljenosti od 19 000 kml Inklinacija 64.8 stepeni

http://www.glonass-ianc.rsa.ru

Galileo

l Galileol Od1999 je u razvojul EUl Prvi satelit lansiran 2005. god.

l Trenutno stanje:l 26 satelita od planiranih 30 (24 operativna i 6 rezervnih) je u orbiti.l Potpuna operativnost očekuje se 2019. god.l 2 kontrolna centra (Oberpfaffenhofen-Namačka iFucino- Italija)

BeiDou (Beidou-2 ili ranije COMPASS)

l BoiDoul Poznat i kao Beidou-2, BD2 l BeiDou-2 nije proširenje postojećeg Beidou-1 sistema, BD1l Postao je operativan 2011 (sa 10 satelita)

l Beidou-3l Prvi lansiran marta 2015l Trebalo bi da ima 35 operativnih satelita do 2020.l U 2016 objavljeno je da ima milimetarsku tačnost u post

procesingu

GNSS osnove

l Regionalni satelitski sistemil BEIDOU-1l QZSSl IRNSS

l Glavne prednostil Nezavisnostl Preciznost i lokalna dostupnost

zbog velike elevacije (70°umesto standardnih 45°)

l Glavne slabostil Prijem samo u lokalul Odnos Cena / Dostupnost

Globalni Sistemi

Regionalni Sistemi

BEIDOU-1

l BEIDOU-1l Na kineskom: 北斗卫星导航定位系统l Regionalni Sistem Kinel Prvis satelit lansiran oktobra 2001

l Trenutna konstelacija:l 3 geostacionarna satelita, imao je 4 i jedan je ugašen 2012.

QZSS

l QZSSl 準天頂衛星システム Juntencho eisei shisutemul Quasi-Zenith Satellite System l Regionalni Sistem Japana

l Trenutna konstelacija:l 3 satelit

l Sledeća planirana lansiranja:l Puna operativnost ~ 2018.l Ukupan broj satelita: 4

IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System)

l IRNSSl Regionalni Sistem Indijel Prvi sateliti lansirani 2015. god.

l Trenutna konstelacija:l 7 x operativnih geostacionarnih satelita

27

Kako sistem funkcioniše

Kosmički Segment24+ Satelita

KontrolneStanice• Diego Garcia• Ascension Island• Kwajalein • Hawaii• Colorado Springs

GPS Kontrol Colorado Springs

Korisnik

28

Karakteristike GPSl Funkcioniše u svim vremenskim uslovima,l Visoka tačnost 3D pozicioniranja,l 24 sata dnevno operativan,l Velika primena u inženjerstvu i geo-naukama,l GPS oprema je izuzetno skupa.

29

Pozicioniranje GPS-om

l Potrebno najmanje 4 satelita.l 4 satelita→4 rastojanja.l računanje XYZ koordinata

GPS vremena.l XYZ- u odnosu na centar

Zemlje.l Transformacija u geografske

koordinate.

30

Kako funkcioniše GPS? (u 5 koraka)

Korak 1:Osnovu čini trilateracija GPS satelita.

Korak 2:Za trilateraciju se koristi merenje dužina do satelita.

Korak 3: Za merenje vremena koje putovanja signala potrebni su tačni časovnici.

Korak 4: Uz određivanje rastojanja do satelita potrebno je znati i njegove koordinate u prostoru.

Korak 5: Kako GPS signali putuju kroz atmosferu oni i kasne.

31

Pozicioniranje sa jednim satelitom

Sat. 1

10 000 kmPrijem. A

Prijemnik se nalazi negde na obodu kruga poluprečnika 10 000km

32

Pozicioniranje sa dva satelita

Sat. 1

10 000 km

Prijem. A

Prijem. A

12 000 km

Sat. 2

Prijemnik se može nalaziti na jednoj od ove dve pozicije

33

Pozicioniranje sa tri satelita

Sat. 1

10 000 km

Prijem. A

12 000 km

Sat. 2

8000 km

Sat. 3

Prijemnik je jednoznačno pozicioniran

34

Pozicioniranje na osnovu četiri satelita

Satelit 2

Prijemnik

X

Z

Y(0, 0, 0)

WGS-84

LokalniKoord. sistem

Satelit 3

Satelit 1

Satelit 4

35

Izvori grešaka GPS

l Greška časovnikal Razlike između časovnika u satelitu i

prijemniku

l Jonosfersko kašnjenjel Kašnjenje GPS signala prilikom

prolaska kroz jonosferski omotač.

l Višestruka refleksijal Izazvana reflekijom od sussednih

objekata

36

Izvori grešaka GPS

SA mere zaštiteAtmosferska refleksija

Prijemni Časovnici

Višestruka refleksija

Satelitski časovnici

Efemeride

37

Atmosferski uticaji

20,000 km

50 km

200 km

ČesticeJonosfera

Oblaci

Atmosferska refleksija

Efemeride

Troposfera

Zemlja

38

Višestruka refleksija

Direktni signal

Reflektovani signal OmetanjeSatelit

Prijemnik

A

B

C

Stanica

D

Višestruka refleksija = AB + BC

39

Greška faznog skoka

GPS Signal Ometanje

Interferencija signala

40

SA mere zaštite

l Redukuje horizontalno pozicioniranje za civilne potrebe ±100m.

l Vojni prijemnici ostvaruju tačnost od±10m.

l Uveden od strane US DoD da bi se onemogućilo navođene projektila na Belu Kuću u Vašingtonu.

l 1.maja 2000. god SA mere zaštite su ukinute

41

SA mere zaštite

l Implementirane: l - Greške koordinata satelital - Greške časovnika satelita.l Njihovim ukidanjem najjeftini civilni

prijemnici ostvarju tačnost od approx. ±10-20m.

42

Pokazatelj kvaliteta satelitske geometrije GDOP

dobar GDOP =2loš GDOP =20

43

Diferencijalni GPS (DGPS)

l DGPS omogućuje veću tačnost pozicioniranja.l DGPS koristi koordinate poznatih tačaka, kako bi se

izvršila korekcija tačnosti na merenim tačkama.l DGPS korekcije mogu se primeniti na GPS podatke u

realnom vremenu korišćenjem radio modema. Ili kasnije u post obradi podataka.

44

Diferencijalni GPS (DGPS)

Referentna stanica

Pokretni prijemnik 2

Pokretni prijemnik 3

Pokretni prijemnik 1

Satelit

GPS Signal 1

Korekcija signala 1

Pokretni prijemnik 4

GPS Signal 4

GPS Signal RS

GPS Signal 2

GPS Signal 3

Korekcija signala 4

Korekcija signala 2

Korekcija signala 3

GNSS osnove

l Pomoćni sistemi (korekcioni)l WAASl MSASl EGNOSl GAGAN

Dodatni sistemi

l Pomoćni sistemi (SBAS)l SBAS = Satellite Based Augmentation Systeml Za GNSS diferencijalnu korekcijul Velika pokrivenostl Preciznost je prosečno oko 7m (ali ide i do 1m)

l Pokrivenostl WAAS (USA / Kanada)l MSAS (Japan)l EGNOS (Evropa, Severna Afrika)l GAGAN (Indija)

WAAS tačnost

47

EGNOS pokrivenost

48

49

§ 34 Permanentne stanice

§ Rastojanje oko 70km

§ 2 kontrolna centra

§ Uspostavljena je po fazamaod 2003. god. do 16.12.2005. god.

AGROS

Aktivna geodetska referentna osnova Srbije

AGROS

www.rgz.gov.rs/agros

http://agros.rgz.gov.rs

51

WGS84

l Centar elipsoida je u centru Zemlje.l Površ elipsoida prestavlja referentnu

WGS84 visinu.l Srednja visina (geiod) Zemlje je oko ±120m

udaljena od elipsoida.

Koordinatni sistemi

l Satelitski sistem (WGS84).

l Lokalni sisteml Transformacioni

parametri.

ΧΥΖ

∆Χ∆Υ∆Ζ

ΧΥΖ

=

+

Local R WGS84

53

Geoid i elipsoidi

Centar Zemljine mase Prilbižno 236 m

54

Sistemi visina

55

Karta geoidnih visina

56

Povećanje tačnosti

l Planiranje merenjal Diferencijalni GPSl Primena prijemnika visoke tačnosti

57

Softver za planiranje merenja

Pathfinder Office. Trimble Navigation

58

Građevinarstvo

59

Pomeranje Zemljine kore

60

Vođenje mašina

61

Navigacija aviona i vozila

62

Kartiranje

63

Deformaciona opažanja objekata

64

Ispitivanje konstrukcija

Most u Novom Sadu

65

Vojne svrhe

66

Zašto se GPS koristi u premeru?

l Povećana tačnost premera.l Povećana brzina skupljanja

podataka.l Povećana fleksibilnost

premera.l Smanjeni troškovi.

GPS u GIS-u

67

68

Metode pozicioniranja

l Statička metodal Brza statička metodal Kinematička metoda sa naknadnom obradoml Kinematička metoda u realnom vremenu

69

Tačnost

70

Budućnost GNSS

l SA mera zaštite isključena.l Smanjen uticaj vojnog servisal Integracija sa Ruskim GLONASS-oml Razvoj Evropskog Galileo programal Integracija sa GIS aplikacijamal Lakše povezivanje lokalnih i međunarodnih

geodetskih mreža