Aktualności

Czy wybór systemu GNSS w pozycjonowaniu ma znaczenie?
14-02-2022
Globalne Systemy Nawigacji Satelitarnej (GNSS) są powszechnie stosowane do monitorowania zjawisk zachodzących na naszej planecie. Do tego celu najczęściej wykorzystujemy obserwacje zmian pozycji odbiorników naziemnych, wyznaczanych na podstawie obserwacji satelitów nawigacyjnych. Amerykański system GNSS, nazwany Global Positioning System (GPS), odgrywa kluczową rolę i nieustannie jest najczęściej wykorzystywany przez użytkowników.

Błędy w pozycjonowaniu GNSS

Jednakże obserwowane czasowe zmiany współrzędnych stacji naziemnych uzyskane z wykorzystaniem obserwacji GPS, są wypadkową realnych zjawisk i procesów naturalnych, np. geofizycznych, geomorfologicznych czy też antropogenicznych oraz błędów systematycznych systemu GPS. Pojawia się więc pytanie, w jaki sposób odseparować błędy techniki GPS od zmian, które faktycznie chcemy zaobserwować, np. przemieszczenia stacji wywołane pływami oceanicznymi?
W ostatniej dekadzie obserwujemy dynamiczne zmiany w sektorze nawigacji satelitarnej w związku z rozwojem europejskiego Galileo, rosyjskiego GLONASS oraz chińskiego BeiDou. Systemy te różnią się między sobą budową satelitów, częstotliwościami sygnałów oraz parametrami orbit. Mnogość systemów nawigacyjnych pozwoliła na ocenę niezgodności wynikających z zastosowania różnych konstelacji i uwypukliła konsekwencje zastosowania poszczególnych systemów GNSS, oraz łączenia obserwacji z różnych systemów tworząc tzw. rozwiązania multi-GNSS.

Przyczyny różnic GPS, GLONASS i Galileo leżą po stronie orbit

W artykule niedawno opublikowanym na łamach czasopisma naukowego Journal of Geophysical Research: Solid Earth, naukowcy IGIG przedstawili różnice we współrzędnych stacji GNSS wyznaczonych z wykorzystaniem systemów GPS, GLONASS i Galileo. Pokazano, że każdy z systemów wprowadza istotne zmiany do mierzonych współrzędnych, sięgające poziomu kilku centymetrów. Naukowcy po raz pierwszy opisali i szczegółowo scharakteryzowali specjalną grupę sygnałów specyficznych dla każdego systemu GNSS, oraz nazwali ją grupą artefaktów orbitalnych. Obecność tzw. artefaktów orbitalnych wykazano na podstawie analizy 2-letniej serii współrzędnych piętnastu globalnie rozmieszczonych stacji i parametrów opóźnienia troposferycznego wykorzystując technikę absolutnego pozycjonowania Precise Point Positioning (PPP).

GPS generuje błędy powtarzające się regularnie co 12h

Najbardziej dominujące artefakty orbitalne dla Galileo pojawiają się z okresami 14.08 h, 17.09 h, 34.20 h, 2.49 d, ∼ 3.4 d. Analogiczne sygnały dla GLONASS pojawiają się z okresami 5.63 h, 7.36 h, 10.64 h, 21. 26 h, 3.99 d, i ∼8 d. Sygnały orbitalne GPS pojawiają się we współrzędnych stacji z okresami odpowiadającymi okresowi obiegu satelitów, co pokrywa się z harmonikami pływu solarnego K1 (23.93h) powodując niezgodność analiz opartych na GPS z modelami geofizycznymi pływów oceanicznych sięgającą średnio 12 mm dla pływu K2 (12.97h) w składowej wysokościowej współrzędnych stacji.

Jak zauważono wiele z przedstawionych sygnałów pojawia się z okresami kilku godzin. W efekcie, generowanie rozwiązań dobowych na podstawie danych GNSS o wysokiej częstotliwości (5 minut), prowadzi do zniekształcenia sygnału wynikającego z niespełnienia założeń twierdzenia o próbkowaniu. Zniekształcenie objawia się nieprawidłową interpretacją sygnałów długookresowych (tzw. aliasing) np. sygnału półrocznego i rocznego.

Galileo zawiera mniej błędów niż GPS i GLONASS

Galileo jest mniej podatny na występowanie sygnałów orbitalnych niż GPS czy GLONASS. Różnica ta jest widoczna głównie dla współrzędnej wschodniej. Wyznaczanie dobowych zmian współrzędnych oparte wyłącznie na systemie Galileo jest nawet o 55% i 36% lepsze niż z systemów GLONASS i GPS.
Dodatkowo, amplituda sygnałów orbitalnych jest różna dla różnych lokalizacji stacji i zależy od geometrii obserwacji GNSS oraz dominującego kierunku przelotów satelitów. Na przykład, ze względu na duże nachylenie płaszczyzn orbitalnych satelitów GLONASS (~65°), stacje zlokalizowane w niskich szerokościach geograficznych obserwują głównie przeloty satelitów w kierunku północ-południe, przez co estymowana wschodnia składowa współrzędnych z GLONASS jest w większym stopniu podatna na artefakty orbitalne niż w przypadku systemów GPS i Galileo.

Najlepsza kombinacja - Galileo+GPS

Wreszcie, zastosowanie kombinacji GPS i Galileo zwiększa precyzję wyznaczenia współrzędnych stacji o 10% w porównaniu z najlepszym rozwiązaniem opartym wyłącznie na Galileo. Rozwiązanie GPS+GLONASS+Galileo daje podobną skalę poprawy jak kombinacja GPS+Galileo, dlatego też dodanie samego systemu Galileo ma większy wpływ niż ewentualny wpływ systemu GLONASS. Jednak istotną zaletą GLONASS, w porównaniu do GPS i Galileo, jest nachylenie orbity, będące o około dziesięć stopni większe niż w przypadku dwóch pozostałych systemów. Cecha ta jest niezbędna w rejonach o dużej wysokości geograficznej, gdzie sygnały GLONASS mogą być śledzone przez znacznie dłuższy czas i przy wyższych kątach nad horyzontem. Użytkownik powinien dobrać zestaw konstelacji GNSS do swoich potrzeb.

W celu zrozumienia subtelnych procesów geofizycznych zachodzących w systemie ziemskim, należy oddzielić sygnały błędne od tych, które wynikają ze zjawisk geofizycznych i opracować mechanizmy łagodzące je podczas tworzenia szeregów czasowych opartych na GNSS.



Publikacja na temat precyzyjnego pozycjonowania multi-GNSS

Zapraszamy do zapoznania się z całością publikacji, której dane bibliograficzne zamieszczamy poniżej. Zajdel, R., Kaźmierski, K., & Sośnica, K. (2022). Orbital artifacts in multi-GNSS Precise Point Positioning time series. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2021JB022994. https://doi.org/10.1029/2021JB022994

Badania wykonane w ramach projektu Narodowego Centrum Nauki „Zintegrowane ziemskie układy odniesień przestrzennych oparte o laserowe pomiary odległości do satelitów geodezyjnych, teledetekcyjnych oraz GNSS” UMO-2019/35/B/ST10/00515. Radosław Zajdel jest dodatkowo stypendysta programu START Polskiej Akademii Nauk oraz programu ETIUDA Narodowego Centrum Nauki (UMO-2020/36/T/ST10/00097).


powrót do poprzedniej strony
Poczta / Logowanie do systemu
Stacja permanentna GNSS 'WROC'
GISLab - Laboratorium GIS
Laboratorium Multisensoryki
Stacja permanentna GNSS 'WROC'
Nasze konferencje

 2nd Gathers Hackathon
Rzym (Włochy), 17 - 18 lutego 2024
 Advanced Gathers School
Rzym (Włochy), 12 - 16 lutego 2024
 2nd Summer School
Delft (Holandia), 28 sierpnia– 1 września 2023
 1st Gathers Hackathon
Wiedeń (Austria), 13-14 kwietnia 2023
 1st Summer School
WROCŁAW-RYBNIK, 19 – 24 września 2022
 Gathers Kick-off meeting
WROCŁAW, 4-5 grudnia 2019
 GNSS Meteorology Workshop 2019
WROCŁAW, 19 - 20 września 2019
 XXIII Jesienna Szkoła Geodezji im. Jacka Rajmana
Wałbrzych, 21 - 22 września 2017
 EUREF 2017 Symposium
Wrocław, 17 - 19 maj 2017
 EUREF 2017 Tutorial
Wrocław, 16 maj 2017
 III Polski Kongres Geologiczny
WROCŁAW, 14 - 18 września 2016 r
Kartka z kalendarza
Maj 2024Imieniny obchodzi:
Mikołaj, Piotr, Urban

140 dzień roku (do końca pozostało 226 dni)
19
Niedziela

Efemerydy dla słońca:Tranzyt słońca []:12:48:17
Brzask astronomiczny []:01:39:12Zachód słońca []:20:42:08
Brzask nawigacyjny []:03:14:13Zmierzch cywilny []:21:24:07
Brzask cywilny []:04:12:27Zmierzch nawigacyjny []:22:22:21
Wschód słońca []:04:54:26Zmierzch astronomiczny []:23:57:22
Kontakt
INSTYTUT GEODEZJI I GEOINFORMATYKI
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
ul. Grunwaldzka 53
50-357 Wrocław

NIP: 896-000-53-54, REGON: 00000 18 67

tel. +48 71 3205617
fax +48 71 3205617

e-mail: igig@upwr.edu.pl