A GPS technológiát terhelő hibahatások
A műholdak mozgása közel sem egyenletes, égi útjukon, a matematikai, „ideális” pályától
akár jelentősen eltérhetnek (pl.: bukdácsolnak a pályára merőlegesen, oldal, - és
pályairányban). Ezeket gyűjtőnéven pályahibáknak (1) hívjuk. A pályahibákat a földi
követőállomásoknak feladata modellezni, javítani.
A földi vevők órahibái mellett, bizony a műhold nagyköltségvetésű, nagypontosságú atomóráit
is terheli un. járási hiba. Ezt a bizonytalanságot nevezzük műhold órahibának (2). Az
időmérés egyirányú jelfutásra történik, a rendszert egyirányúnak nevezzük, így nincs
visszacsatolás a földi vevő órájától.
A "drága" atomórák járási hibája mellett már igazán elnézhető, hogy a kisebb pontosságú és
értékű vevőoldali órák is rendelkeznek órahibával (7)!
Mikor a GPS-jel áthalad az ionoszférán (3), negatív töltésű részecskék, homogén tömegén
megy keresztül, melyek eltérítik annak irányát. Szerencsére a negatív töltésű részecskék
viselkedése más és más a belépő jel frekvenciája szerint. Így jelentős hatásuk a két -L1L2-
(sőt hamarosan három -L5-) frekvencia használatával jól modellezhető és kiejthető!
A folyadékrétegződésű troposzféra (4) hatása jóval kisebb, mint a homogénebb ionoszféra
késleltetése, azonban nem homogén volta miatt, sokkal kevésbé modellezhető.
Az un. többutas-terjedés (5) (a szakmai zsargonban szintén elterjedt már az eredeti angol
kifejezés is: Multipath) az a jelenség, amikor a műholdról érkező jelek nem "azonnal"
érkeznek a GPS antennába, vagy az integrált GPS vevőbe, hanem azok közvetlen
környezetéről (pl.: házfalak, nagy fém,- vagy üvegfelületek, az ábránkon kamion oldaláról)
verődnek vissza. Ezeknek a visszaverődő jeleknek hosszabb a futásidejük, tehát a pozíció
meghatározásához szükséges statisztikai elemzésbe hibás távolságokként kerülnek bele.
A GPS vevők antennái is rendelkeznek hibával, amit antenna fázisközpont hibának (6)
(lm.:fáziscentrum) nevezünk. Érdekes módon a fáziscentrum külpontossága nem egy állandó
érték, mely eltolási konstansokkal jellemezhető. A fáziscentrum helyzete ugyanis függ a GPS-
jelek beesési szögétől. Nagyon kicsi távolságértékekről beszélünk, ennek ellenére, a
fáziscentrum hiba, mint hibahatás nem elhanyagolható, így a mérőrrendszerek "számítanak
vele"!
A fenti leírást és ábrát összevetve, az abszolút értelmű hibahatások:
1. hibahatás: Műhold pályahibája
2. hibahatás: Műhold órahibája
3. Ionoszféra okozta hiba
4. Troposzféra okozta hiba
5. Több utas terjedés (vö.: Multipath)
6. GPS vevő fázisközpont hibája
7. GPS vevő órahibája
A felsorolt hibák közelítő mértéke:
Műhold pályahibája(1): ~2m => 50m
Műhold órahibája(2): ~2m => 100m
Ionoszféra hibája(3): ~0,5m => 100m
Troposzféra hibája(4): ~0,01m => 0,5m
Több-utas terjedés (fázis/kód) (5) ~mm => cm / m nagyságrendű
Antenna fázisközéppont hibája (6) ~mm => cm nagyságrendű
Elmondható, hogy az abszolút értelemben vett pozíció meghatározás megbízhatósága 2m és
20m között mozog.
A hibák fenti hibák jó része kiejthető, vagy nagymértékben csökkenthető GPS vevőpár
használatával:
A relatív hibahatások, a fenti ábrán:
1. hibahatás: Műhold pályahibája
2. hibahatás: Műhold órahibája
3. Ionoszféra okozta hiba
4. Troposzféra okozta hiba
5. Több utas terjedés (vö.: Multipath)
6. GPS vevő fázisközpont hibája
7. GPS vevő órahibája
A relatív (differenciális) GPS mérés hibahatásainak mértéke:
Műhold pályahibája(1): 0.1=>2ppm
Műhold órahibája(2): 0.0ppm
Ionoszféra hibája(3): 1 =>50ppm
Troposzféra hibája(4): 0 =>3ppm
Több-utas terjedés (fázis/kód)(5) ~mm=>cm / m nagyságrendű
Antenna fázisközéppont(6) ~mm => cm nagyságrendű
Összegezve a fenti adatokat elmondható, hogy relatív értelemben vett pozíció meghatározás
megbízhatósága kb. 1-2cm + 1…20ppm között mozog.
A differenciális mérés esetén a bázishossz növekedésével (a vevők egymástól való
távolodásával) az un. távolságfüggő hibák jelentősen megnövekednek, ezzel pedig a romlik a
pozíciómeghatározás minősége.
"Hagyományosan", egy bázis használata esetén szolgáltatott korrekciók „hatékonysága”
csökkenni fog, különösen az atmoszféra káros hatásai miatt. Egy bizonyos távolságon túl
pedig a fázis többértelműség már nem oldható fel teljes bizonyossággal, tehát a „cm”-es
nagyságrendű megbízhatóság nem lesz garantálható.
A távolságfüggő hibák kiküszöbölésére terepen jól alkalmazhatók a hálózati korrekciós
módszerek (pl.: VRS, MAC, ...), melyek széles választékát hazánkban, a FÖMI biztosítja.
akár jelentősen eltérhetnek (pl.: bukdácsolnak a pályára merőlegesen, oldal, - és
pályairányban). Ezeket gyűjtőnéven pályahibáknak (1) hívjuk. A pályahibákat a földi
követőállomásoknak feladata modellezni, javítani.
A földi vevők órahibái mellett, bizony a műhold nagyköltségvetésű, nagypontosságú atomóráit
is terheli un. járási hiba. Ezt a bizonytalanságot nevezzük műhold órahibának (2). Az
időmérés egyirányú jelfutásra történik, a rendszert egyirányúnak nevezzük, így nincs
visszacsatolás a földi vevő órájától.
A "drága" atomórák járási hibája mellett már igazán elnézhető, hogy a kisebb pontosságú és
értékű vevőoldali órák is rendelkeznek órahibával (7)!
Mikor a GPS-jel áthalad az ionoszférán (3), negatív töltésű részecskék, homogén tömegén
megy keresztül, melyek eltérítik annak irányát. Szerencsére a negatív töltésű részecskék
viselkedése más és más a belépő jel frekvenciája szerint. Így jelentős hatásuk a két -L1L2-
(sőt hamarosan három -L5-) frekvencia használatával jól modellezhető és kiejthető!
A folyadékrétegződésű troposzféra (4) hatása jóval kisebb, mint a homogénebb ionoszféra
késleltetése, azonban nem homogén volta miatt, sokkal kevésbé modellezhető.
Az un. többutas-terjedés (5) (a szakmai zsargonban szintén elterjedt már az eredeti angol
kifejezés is: Multipath) az a jelenség, amikor a műholdról érkező jelek nem "azonnal"
érkeznek a GPS antennába, vagy az integrált GPS vevőbe, hanem azok közvetlen
környezetéről (pl.: házfalak, nagy fém,- vagy üvegfelületek, az ábránkon kamion oldaláról)
verődnek vissza. Ezeknek a visszaverődő jeleknek hosszabb a futásidejük, tehát a pozíció
meghatározásához szükséges statisztikai elemzésbe hibás távolságokként kerülnek bele.
A GPS vevők antennái is rendelkeznek hibával, amit antenna fázisközpont hibának (6)
(lm.:fáziscentrum) nevezünk. Érdekes módon a fáziscentrum külpontossága nem egy állandó
érték, mely eltolási konstansokkal jellemezhető. A fáziscentrum helyzete ugyanis függ a GPS-
jelek beesési szögétől. Nagyon kicsi távolságértékekről beszélünk, ennek ellenére, a
fáziscentrum hiba, mint hibahatás nem elhanyagolható, így a mérőrrendszerek "számítanak
vele"!
A fenti leírást és ábrát összevetve, az abszolút értelmű hibahatások:
1. hibahatás: Műhold pályahibája
2. hibahatás: Műhold órahibája
3. Ionoszféra okozta hiba
4. Troposzféra okozta hiba
5. Több utas terjedés (vö.: Multipath)
6. GPS vevő fázisközpont hibája
7. GPS vevő órahibája
A felsorolt hibák közelítő mértéke:
Műhold pályahibája(1): ~2m => 50m
Műhold órahibája(2): ~2m => 100m
Ionoszféra hibája(3): ~0,5m => 100m
Troposzféra hibája(4): ~0,01m => 0,5m
Több-utas terjedés (fázis/kód) (5) ~mm => cm / m nagyságrendű
Antenna fázisközéppont hibája (6) ~mm => cm nagyságrendű
Elmondható, hogy az abszolút értelemben vett pozíció meghatározás megbízhatósága 2m és
20m között mozog.
A hibák fenti hibák jó része kiejthető, vagy nagymértékben csökkenthető GPS vevőpár
használatával:
A relatív hibahatások, a fenti ábrán:
1. hibahatás: Műhold pályahibája
2. hibahatás: Műhold órahibája
3. Ionoszféra okozta hiba
4. Troposzféra okozta hiba
5. Több utas terjedés (vö.: Multipath)
6. GPS vevő fázisközpont hibája
7. GPS vevő órahibája
A relatív (differenciális) GPS mérés hibahatásainak mértéke:
Műhold pályahibája(1): 0.1=>2ppm
Műhold órahibája(2): 0.0ppm
Ionoszféra hibája(3): 1 =>50ppm
Troposzféra hibája(4): 0 =>3ppm
Több-utas terjedés (fázis/kód)(5) ~mm=>cm / m nagyságrendű
Antenna fázisközéppont(6) ~mm => cm nagyságrendű
Összegezve a fenti adatokat elmondható, hogy relatív értelemben vett pozíció meghatározás
megbízhatósága kb. 1-2cm + 1…20ppm között mozog.
A differenciális mérés esetén a bázishossz növekedésével (a vevők egymástól való
távolodásával) az un. távolságfüggő hibák jelentősen megnövekednek, ezzel pedig a romlik a
pozíciómeghatározás minősége.
"Hagyományosan", egy bázis használata esetén szolgáltatott korrekciók „hatékonysága”
csökkenni fog, különösen az atmoszféra káros hatásai miatt. Egy bizonyos távolságon túl
pedig a fázis többértelműség már nem oldható fel teljes bizonyossággal, tehát a „cm”-es
nagyságrendű megbízhatóság nem lesz garantálható.
A távolságfüggő hibák kiküszöbölésére terepen jól alkalmazhatók a hálózati korrekciós
módszerek (pl.: VRS, MAC, ...), melyek széles választékát hazánkban, a FÖMI biztosítja.
Vissza a GNSS cikkekhez
