S09-02 GPS-datan korjausmenetelmät Loppuraportti,

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, 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:

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 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 korjausta Koe 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: 0,87 Y1 – 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: 0,84 Y1 – Y2: 0,69

Päätelmät • EGNOS-korjaus pienensi vastaanottimien välistä paikkaeroa – y-suunnassa huomattava ero xyyht. Koe 1-0,935622, , Koe 2-1, ,818851,368254

Päätelmät • EGNOS-korjaus kasvatti mittausdatan hajontaa – GPS: peräkkäiset arvot lähempänä toisiaan – EGNOS: enemmän kohinaa GPS 1GPS 2 VARIANSSIxyxy Koe 14, , , ,50314 Koe 234, , ,809097,988235

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