ایستگاه های مرجع و کاربردهای آن

یک ایستگاه مرجع مشاهدات GPS در حقیقت یک گیرنده دائمی است که در مکانی مطمئن و ایمن نصب گردیده و از نظر منبع تغذیه به منبعی قابل اطمینان متصل باشد. این گیرنده به طور دائم در حال کار خواهد بود و مشاهدات GPS را به عنوان خروجی ارائه می نماید. معمولا گیرنده­ها می توانند مستقلا به یک کامپیوتر متصل باشند و یا چندین گیرنده از طرق مختلف ارتباطی با یک سرور مرتبط گردند و داده­های خام را به  صورت دوره­ای و یا پیوسته به آن انتقال دهند.

اگر یک یا چند ایستگاه مرجع اندک در اختیار باشد، به ناچار ناحیه ارائه خدمات به فواصل نزدیک این ایستگاه­ها محدود می­گردد و تنها کاربرانی قادر به استفاده از تصحیحات مخابره شده هستند که بلافاصله در اطراف این ایستگاه­ها قرار داشته باشند. از این­رو بسته به تعریف کاربری مورد انتظار از ایستگاه­ها ممکن است تعداد ایستگاه­های مورد نیاز برای کاربرد مورد نظر بسیار زیاد باشد.

روش های فاز مبنا

تحرک دائمی گروه ماهواره­های GPS ایجاب می­کند که به­طور کلی گیرنده­ها توانایی محاسبه تغییرات شیفت داپلر روی فرکانس L1 را داشته باشند. درحالیکه اگر از گیرنده­های دوفرکانسه استفاده شود، هر دو سیگنال L1 و L2 ردیابی می­گردند. شیفت فرکانس به­دلیل حرکت نسبی ماهواره­ها و گیرنده رخ می­دهد. حداکثر تغییرات فرکانس داپلر برای حرکت معمولی ماهواره نسبت به یک ناظر زمینی می­تواند در دامنه ±۴,۰۰۰ Hz بسته به فرکانس­های L1 و L2 قرار گیرد. گردآوری شیفت فرکانسی داپلر منجر می­شود به انجام مشاهدات بسیار دقیق و پیشرفته سیگنال موج حامل بین اپک­های زمانی. تکنیک­های تداخل­سنجی می­تواند نتایج این مشاهدات دقیق فاز را برای تعیین منابع خطا برگرفته و تعیین موقعیت آنی در سطح دقت سانتیمتر را امکان­پذیر سازند.

روش های کد مبنا

در روش های مبتنی بر مشاهدات کد تکنیک­های بسیار زیادی برای بهبود تعیین موقعیت یک گیرنده مستقل پیشنهاد شده است. این تکنیک ها در پیچیدگی و نحوه عملکرد از یک ایستگاه مرجع که خطاها را در موقعیت خود محاسبه و برای گیرنده­های نزدیک خود ارسال می کند، تا شبکه جهانی ایستگاه ها که مشاهدات لازم برای تعیین یک مدل تفصیلی برآورد خطا برای گیرنده های نزدیک سطح زمین تهیه می کند، متفاوت است.

این تکنیک ها را می توان در ۳ دسته محلی، منطقه ای و فرا منطقه ای بر حسب محدوده تحت پوشش دسته بندی کرد.

چند مسیری و نویز گیرنده

برخلاف خطاهایی که بررسی گردید، وجود عامل چند مسیری و نویز گیرنده که باعث ایجاد خطا در مشاهدات کد و فاز موج حامل می گردد، به فاصله دو گیرنده از هم بستگی ندارد، حتی اگر این دو گیرنده به فاصله نزدیکی از هم قرار داشته باشند. عامل چند مسیری، به طور خاص، غالبا میزان خطای سیستم های تعیین موقعیت تفاضلی (DGPS) کد مبنا و فاز مبنا را به دو دلیل هدایت می کند.

نخست، مقادیر خطای مشاهدات کد و فاز ایجاد شده توسط عامل چند مسیری بیشتر از نویز گیرنده است. دومین دلیل این واقعیت است که خطاهای چند مسیری از یک گیرنده به گیرنده دیگر، به هم مرتبط نیست. بزرگی خطای چندمسیری به طور قابل توجهی بستگی به گیرنده و محیط اطراف دارد.

خطاهای چندمسیری و نویز می توانند تغییرات نسبتا شدیدی داشته باشند. از آنجائیکه در روش DGPS این خطاها بین ایستگاه مرجع و کاربر مشترک نمی باشند، بررسی نرخ تغییرات این خطاها تنها برای کاهش اثراتشان در مشاهدات کاربر است.

یونسفر

یونسفر بخشی از لایه فوقانی جو است که از الکترون ها و نیز اتم ها و مولکول های یونیزه شده ناشی از تشعشعات ماوراء بنفش خورشیدی تشکیل شده است. امواج الکترومغناطیس در گذر از این لایه دچار پدیده تفرق می گردند و بسته به فرکانسشان تغییر سرعت پیدا می کنند. منبع اصلی تفرق پارامتری به نام ” مجموع کل الکترون های مسیر گذر ” یا TEC است. به دلیل دشواری محاسبه این پارامتر معمولا از یک مدل فرضی به جای یونسفر واقعی استفاده می کنند. این مدل، یونسفر را پوسته­ای نازک، با چگالی یکنواخت اطراف زمین فرض می­کند که در ارتفاع تقریبی ۳۵۰ کیلومتر سطح زمین قرار دارد. خط دید ماهواره به گیرنده در برخورد با این پوسته نقطه ای را ایجاد می کند که به حفره یونسفری یا IPP معروف است.

تروپوسفر

تروپوسفر نزدیکترین لایه جو به سطح زمین است که به طور میانگین در عرض­های میانی ۱۷ کیلومتر عمق دارد (این عمق در استوا بیشتر و در قطب کمتر است) و تقریبا ۷۵ درصد از جرم اتمسفر را در خود جای داده است و ۹۹ درصد ذرات معلق و بخار آب موجود در اتمسفر در این لایه قرار دارد.

ساعت

افمریز

خطاهای موجود در موقعیت­های منتشر شده ماهواره­های GPS باعث ایجاد خطاهایی در مشاهدات شبه فاصله و فاز موج حامل می­گردد. از آنجایی که بزرگی خطاهای ایجاد شده به خط دید کاربر و ماهواره وابسته است، لذا با جابجایی کاربر مقدار این خطاها تغییر می­کند. ولی در هر حال خطاها در مشاهدات شبه­فاصله و یا فاز در گیرنده­های نزدیک هم، اختلاف کمی دارد، چراکه خط دید آنها به هر ماهواره مشابه یکدیگر است. اگر تفاوت کاربر (U) و ایستگاه مرجع (M) را با نماد p و خطای موقعیت برآورد شده ماهواره (افمریز منتشرشده) را با ε_S نمایش دهیم و d_m و d’_m به ترتیب نمایان­گر فاصله حقیقی و فاصله برآورد شده از ایستگاه مرجع تا ماهواره و به طور مشابه d_u و d’_u به ترتیب نمایان­گر فواصل حقیقی و برآورد شده از محل کاربر تا ماهواره باشند؛ همچنین اگر موقعیت واقعی و برآورد شده ماهواره به ترتیب با S و S’ نشان دهیم، در اینصورت:

فرمولهای نقشه برداری بهمراه مثالهای حل شده و سرشکنی خطاها

کوپل

پیمایش

پروفیل طولی                                                                                      دانلود

ترازیابی

تاکئومتری