Незалежно від того, чи подорожуєте ви дикою природою, чи їдете гамірною міською вулицею, GNSS — це надійний компаньйон, який скеровує вас із надзвичайною точністю. Хоча на неї сильно впливає іоносферна активність, а саме іоносферні похибки. Ми пропонуємо нове рішення для їх виправлення: Qinertia з її режимом Ionoshield.
Вступ до GNSS
Глобальна навігаційна супутникова система (GNSS) стосується сузір'я супутників, які надають сигнали з космосу, що передають дані про позиціювання та час на приймачі GNSS. Сільське господарство, картографування, транспорт, навігація — технологія GNSS має широкий спектр застосувань у різних галузях та повсякденному житті.
Деякі з найбільш помітних діючих систем GNSS:
- Глобальна система позиціонування, або GPS, розроблена Міністерством оборони США, є мережею супутників, які обертаються навколо Землі. Наразі на орбіті працюють 30 робочих супутників GPS. Ці супутники безперервно передають сигнали, що містять інформацію про їхнє точне місцеперебування та час.
- Глобальна супутникова навігаційна система, або ГЛОНАСС, — це супутникова навігаційна система, розроблена Росією. Спочатку система складалася з 24 супутників.
- «Галілео» — це глобальна навігаційна супутникова система Європейського Союзу. Її метою є забезпечення незалежної системи позиціонування для Європи та інших регіонів.
- Навігаційна супутникова система BeiDou, або BDS — це китайська система GNSS. Спочатку вона забезпечувала регіональне покриття, але із завершенням формування сузір'я BeiDou-3 вона тепер надає послуги глобальної навігації.
Атмосферні похибки
Одним із найсуттєвіших джерел похибок у позиціюванні GNSS є атмосфера. Оскільки супутники та приймачі сигналів GNSS знаходяться дуже далеко, сигнал GNSS долає тисячі кілометрів між супутником та приймачем. Під час цієї подорожі сигнал проходить через шари атмосфери.
Іоносфера — це шар атмосфери на висоті від 50 до 1000 км над Землею. Цей зовнішній шар Землі містить електрично заряджені частинки, які називаються іонами. Вони суттєво впливають на передачу сигналу GNSS, спричиняючи його спотворення та затримку.
Оскільки атмосферні похибки важко передбачити через їхню мінливу природу, складно визначити їхній точний вплив на розраховані координати.
Затримки, спричинені іоносферною активністю, можуть залежати від:
- Час доби
- Пора року
- Географічне розташування
- Сонячна активність
Базові показники
Атмосферні похибки також залежать від відстані між базовою опорною станцією та рухомим приймачем. Відстань між базовою станцією та ровером називається базовою лінією. Якщо не брати до уваги похибки базової лінії, вони спричиняють значні похибки позиціонування, особливо в застосуваннях із довгими базовими лініями.
Базова станція встановлюється у точністю відомому місці. Вона оцінює похибки GNSS і постійно надсилає виправлення на приймач ровера.
Потім приймач ровера використовує ці дані для виправлення всіх похибок і обчислення точного положення. Це добре працює, коли базова станція та ровер розташовані близько.
Ми знаємо, що коли кілька приймачів розміщено поруч на відкритій місцевості, вони зазвичай мають схожі похибки. І базова станція, і приймачі ровера зазнають однакової затримки через іоносферу і тому мають ідентичні похибки. Це відомо як стандартна похибка GNSS.
Завдяки цій унікальній характеристиці ми можемо точніше обчислити відносну відстань між приймачами. Це полегшує системам коригування атмосферних похибок.
Чому саме методика з довгою базовою лінією викликає зараз такий інтерес?
Коли базова лінія є довгою, іоносферна активність спричиняє значні розбіжності між даними базової станції та ровера. Зі зростанням сонячної активності посилюються коливання в іоносфері.
Кожні одинадцять років магнітне поле Сонця повністю змінює свою полярність.
Це призводить до зростання сонячної активності (пік припадає на період між 2023 і 2025 роками). Багато сучасних програмних пакетів для корекції даних пропонують рішення, що враховують довгу базову лінію та сонячну активність.
Як користувачі GNSS можуть мінімізувати наслідки підвищеної іоносферної активності?
Щоб зменшити вплив підвищеної іоносферної активності на роботу GNSS:
- Переконайтеся, що ваші датчики GNSS мають найновіше програмне забезпечення для досягнення найкращої продуктивності у відстеженні та позиціонуванні за допомогою GNSS.
- Використовуйте різні системи GNSS, такі як GPS, GLONASS, Galileo та Baidu, якщо вони доступні. Це збільшує кількість спостережень, які використовуються для позиціонування, і забезпечує ширший діапазон відстежуваних сигналів GNSS. Більше даних означає вищу надійність.
- Під час виконання високоточних геодезичних робіт слід провести два або більше вимірювань у різний час та за різних іоносферних умов.
- Перевірте поточний вплив іоносфери у вашому регіоні за допомогою різних постачальників послуг корекції GNSS.
- Виберіть метод корекції GNSS, який відповідає вашим вимогам.
Корекція похибок GNSS: RTK проти PPK
Уявіть собі світ, де все ідеально: жодних похибок від пристроїв, що приймають сигнали, жодних проблем із супутниками та жодних збоїв через атмосферу. У цьому ідеальному світі GNSS могла б визначати розташування з неймовірною точністю.
Але в реальності похибки можливі. Існує спосіб зменшити ці похибки. Саме це роблять різні типи диференційного GPS або DGPS. DGPS працює шляхом використання інформації з кількох приймачів для оцінки похибок та їх усунення.
Додатки, такі як зйомка, вимагають вищої точності. Це залежить від технології та можливостей корекції приймача.
Для усунення похибок на стороні приймача можуть застосовуватися різні методи корекції:
- Кінематична система в режимі реального часу (RTK)
- Кінематична обробка з подальшою обробкою даних (PPK)
Поправки RTK
RTK використовує опорну точку, наприклад базову станцію, яка розташована близько до GPS-пристрою, чиє місцеперебування нам потрібно визначити (так званий рухомий приймач або ровер).
Знаючи розташування базової станції та використовуючи алгоритм, RTK може усунути похибки, які притаманні як базовій станції, так і роверу. Ці похибки можуть надходити від супутників та/або атмосфери.
Щоб усунути похибки, спричинені атмосферою, ровер і базова станція мають відчувати однакові похибки. Саме тому вони повинні розташовуватися близько один до одного.
Завдяки RTK точність GPS може становити до 1 сантиметра. Цей метод RTK є дуже ефективним для точних рішень GPS, особливо в геодезії.
Поправки PPK
PPK дозволяє здійснювати точну постобробку даних GNSS для покращення якості інформації про місцеперебування. Він особливо цінний у сценаріях зі складними умовами сигналу GNSS, забезпечуючи більш надійні та точні результати.
Він широко використовується в таких додатках, як картографування з дронів, геодезичні вимірювання та управління активами.
Тепер головне питання полягає в тому, який метод корекції є найкращим? Це залежить від низки факторів, таких як місцеперебування, довжина базової лінії, іоносферна активність, вимоги до точності, надійність та бюджет.
Методи корекції похибок RTK та PPK GNSS
Давайте порівняємо два найпопулярніші методи корекції:
| Критерії | RTK | PPK |
|---|---|---|
| Виправлення даних | Забезпечує корекцію даних про місцезнаходження, що збираються, у режимі реального часу. | Спочатку збирає повні дані про місцезнаходження, а потім здійснює корекцію поза місцем збору даних. |
| Пост-обробка | Не вимагає подальшої обробки даних, а отже, немає потреби використовувати програмне забезпечення для подальшої обробки. | Потрібне спеціалізоване програмне забезпечення. |
| Рівень сигналу між базовою станцією та пересувним пристроєм | Між базовою станцією та мобільним приймачем має бути постійний зв’язок. Втрата сигналу призводить до втрати даних, а отже, до збільшення кількості помилок. | Не вимагає високої потужності сигналу між базовою станцією та мобільним приймачем. |
| Робоче середовище | Найкраще працює в умовах відкритого неба, коли немає перешкод, таких як дерева, будівлі та гори. Коли щось блокує сигнали GNSS, підтримувати високу точність стає складно. | Забезпечує точність на рівні дециметрів навіть у місцях із перешкодами (тунелі, мости, долини). Це стає можливим завдяки використанню алгоритмічних прийомів, таких як обробка «назад-вперед». |
| Базові показники | Підходить для базових ліній довжиною до 30 км. | Оцінює та компенсує іоносферні похибки у разі використання довших базових ліній. |
| Відновлення пошкоджених журналів | Немає даних | За допомогою методу «апостеріорного аналізу з довгою базовою лінією» можна відновити пошкоджений журнал, на який вплинула сильна сонячна активність |
| Сонячна активність | При обробці даних не враховується сонячна активність. | Враховує сонячну активність для вибору між режимами з довгою та короткою базовою лінією. |
