S09-02 GPS-datan korjausmenetelmät

Loppuraportti, 29.4.2009

Tavoite• Tutustua GPS-järjestelmään• Tutustua korjausmenetelmiin

– Differential-GPS (DGPS)– SBAS: WAAS, EGNOS, yms.– A-GPS: käyttöönoton nopeutus– Real Time Kinematic (RTK): maanmittaussovellukset

• Tutustua tarvittaviin laitteisiin ja ohjelmiin• Suorittaa koe valitulla korjausmenetelmällä

Työvaiheet

• Kirjallisuusselvitys, tutustuminen GPS-järjestelmään

• Tutustuminen laitteisiin ja ohjelmiin• Koe• Tulosten analysointi

Laitteisto

• SiRFstarIII

GPS toimintaperiaate• 24 satelliittia, 20 000 km korkeudella• 6 näkyvissä aina maanpinnalla• Lähettävät koodattua radiosignaalia ja

ratatiedot• Vastaanotin laskee signaalin kulkuajasta

etäisyyden satelliittiin• 3 etäisyyttä määrittävät paikan, neljännen

satelliitin signaali tarvitaan kellovirheen kompensointiin

kuvan lähde: http://www.air-semi.com/media/img/diagram_gps.jpg

GPS virheet• Common-mode- SA eli tahallinen häirintä- ilmakehästä aiheutuvat kulkuaikaviiveet- satelliittien kello- ja ratatietovirheet

• Noncommon-mode- vastaanottimen kohina- heijastumavirheet

SBAS toimintaperiaate

Kuvan lähde: Wikipedia

kommunikaatio-satelliitti

GPS-satelliitti

GPS-satelliitti GPS-satelliitti

GPS-satelliitti

Maa-asema (korjauksen laskenta ja lähetys komm.satelliitille)vastaanotin

Korjausparametrit• hidas korjaus (päivitetään 2min

välein)– ionosfäärin aiheuttama virhe

kulkuajassa• muodostetaan ruudukoksi• ruudukon pohjana 1808 pistettä,

pohjoisilla leveyspiireillä harva pisteistö (kuva 1)

• nopea korjaus (päivitetään jatkuvasti)– kellovirhe– satelliitin paikan hetkittäinen

virhe

Koejärjestely

• 2 vastaanotinta• 24h / 30s = 2880 mittausta

Koe 1: Ei korjaustaKoe 2: SBAS-korjaus

Kokeiden tavoitteet

• Koe 1– Tutkia paikkatiedossa olevaa virhettä kahden

vastaanottimen kokeella; onko virhe • samansuuntaista (yhteinen, systemaattinen virhe) vai • erillistä (laitekohtainen virhe)?

• Koe 2– Miten EGNOS-korjaus vaikuttaa kokeen 1

tuloksiin?

Olosuhteet kokeille

• Molemmissa kokeissa jokseenkin samat olosuhteet– Näkyvien satelliittien määrä oli 7 tai yli

• 78,8% ajasta (koe 1)• 81,9% ajasta (koe 2)

– Kokeessa 2 vast.ottimet seurasivat paremmin samoja satelliitteja kuin kokeessa 1 (96% vs. 82%)

• Eri satelliittikonfiguraation tulokset on suodatettu tuloksista pois

Tulokset / Koe 1• Vastaanottimien paikka (keskiarvo) poikkeaa

toisistaan 2,9 metriä ( -0,9 ; 2,7 ).• GPS 1 varianssi pienempi kuin GPS 2

Tulokset / Koe 1

Samansuuntainen vaihtelu huomattavan suurta vastaanottimien välillä.

Korrelaatio:X1 – X2: 0,87Y1 – Y2: 0,74

Tulokset / Koe 2• Vastaanottimien paikka (keskiarvo) poikkeaa toisistaan

1,3 metriä ( -1,1 ; -0,8 ).– Koe 1: 2,9 metriä.

• GPS 2 varianssi pienempi kuin GPS 1– Kokeessa 1 oli toisinpäin.

Tulokset / Koe 2

Samansuuntainen vaihtelu huomattavan suurta vastaanottimien välillä.

Korrelaatio:X1 – X2: 0,84Y1 – Y2: 0,69

Päätelmät

• EGNOS-korjaus pienensi vastaanottimien välistä paikkaeroa– y-suunnassa huomattava ero

x y yht.Koe 1 -0,93562 2,784989 2,937949Koe 2 -1,096180 -0,81885 1,368254

Päätelmät• EGNOS-korjaus kasvatti mittausdatan hajontaa

– GPS: peräkkäiset arvot lähempänä toisiaan– EGNOS: enemmän kohinaa GPS 1 GPS 2

VARIANSSI x y x yKoe 1 4,697691 6,261494 11,17095 19,50314Koe 2 34,58658 12,71639 21,80909 7,988235

Johtopäätökset

• Avainkysymys: EGNOS saa vast.ottimien paikan tarkemmin yhteen, mutta mittauksien hajonta kasvaa. MIKSI?– EGNOS-systeemissä tapahtunut yksi merkittävä

vaellus (ääriarvo -65, -25), kesto n. 15 min. • Ilman tätä, varianssit lähes samat• Kuitenkin: MOLEMMAT vast.ottimet vaelsivat

Johtopäätökset• Yksittäisten suurten poikkeamien takaa löytyy

useimmiten satelliittikonfiguraation muutos

EGNOS-esimerkki:

• Sat # 17 tulee mittausalueelle

• Sat # 19 poistuu mitt.alueelta

• Sat # 9 tulee mittausalueelle