کلاهه

Never give up on anything.Go over,go under,go around,or go through.But never give up.

منابع خطاها در GPS و روش حذف آنها
یکشنبه ٢٠ اردیبهشت ۱۳۸۸  

پرونده:ConstellationGPS.gif

 

1)ماهواره:

که شامل خطای مداری وخطای ساعت ماهواره میباشد.

1-1 خطای مداری : ناشی از مدل سازی ناقص دینامیک ماهواره در فضا  می باشد. دقت مداری حاصل از اطلاعات مداری غیر دقیق درحالت غیر  فعال بودن S/A , +/-20 متر با استفاده از اطلاعات مداری دقیق در حدود5+/- متر میباشد.

□ نحوه برخورد با این بایاس : 1- ساده ترین روش نادیده گرفتن خطاست.که در بسیاری از کاربردهای کینماتیک استفاده میشود.2- با انجام روشهای تفاضلی اثرات بایاس مداری میتواند به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یابد.چنانچه خطای موقعیت ماهواره را 20+/- متر فرض کنیم خطای تعیین موقعیت تفاضلی 1PPm خواهد بود.3- استفاده از مدارات محاسباتی یا Pricise  Eph .

 1-2 خطای ساعت ماهواره:

 ناشی از اختلاف زمان ساعت ماهواره نسبت به زمان GPS است. ماهواره های GPS حامل ساعت های ا تمی روبیدیوم و سزیوم هستند که معمولا باعث حفظ هم زمانی زمان GPS با دقت خوب می شوند. درحالت فعال نبودن خطای S/A میزان بایاس ساعت ماهواره در حد زیر 1    میکرو ثانیه یا معادل با 300 متر میباشد.

□ نحوه برخورد با این بایاس: 1- نادیده گرفتن این خطا در کاربرد هایکم دقت 2- استفاده از ضرایب چند جمله ای درجه 2 موجود در پیغام ناوبری, که در این حالت دقت به حد 20 نانو ثانیه میرسد.

 

2)گیرنده:

 2-1 خطای چند مسیری یا multi path : عبارت است از دریافت یگنالهای GPS توسط گیرنده از یک مسیر غیر مستقیم به واسطه انعکاس سیگنال از روی اشیاء وسطوح معکس کننده اطراف آ نتن. C/A حداکثر 293 متر, برای که P حد اکثر3/29 متر برای فاز موج حامل L1 5 سانتی متر موج L2 کمتر از 5 سانتی متر می باشد. این اثر در مکان هایی که موانع انعکاس دهنده مانند ساختمان ها به وفور یافت میشوند قابل توجه است.

□ نحوه برخورد با این بایاس: 1- انتخاب مکان مناسب2- انتخاب نوع آنتن 3- انتخاب مناسب زاویه ((cut angle

2-2  نویز: noise نویزهای تصادفی نویزهایی هستند که منبع    مشخص  ندارند و تحت فرمول خاصی بدست نمی آید و قابل پیش بینی نیستند.این نویزها دارای خواص وﯿﮊه ای هستند مقدار خط بر روی یکی ازمهمترین آنها این است که تابع اوتوکورولیشن این کمیتها صفر است.

که 3-1 متر وبر روی فاز 10-3 میلیمتر است.

□ نحوه برخورد با این بایاس: روشهای تفاضلی.

2-3 خطای ساعت گیرنده: عبارت است از اختلاف زمانی بین ساعتگیرنده زمان GPS  قبل از شروع هر پروﮊه نقشه برداری با GPS،گیرنده، با  GPS هماهنگ میشود اما این هم زمانی تا کسری از یکمیلی ثانیه امکان پذیر است و مقدار باقی مانده بایاس ساعت گیرنده

را تشکیل می دهد.

□ نحوه برخورد با این بایاس: 1- نادیده گرفتن خطا در کاربردهای کم دقت. 2- بر آورد نمودن آن به عنوان یکی از پارامتر های مجهول در تعیین موقعیت مطلق. 3- استفاده از روش های تفاضلی بین ماهواره ها

4- استفاده از یک چند جمله ای مشابه با چند جمله ای که برای بایاس

ساعت ماهواره ارسال میشود.

 

3 ) خطای اتمفسر:

 3-1 تاخیر یونسفری : یونسفرلایه ای از جو است که به طور تقریتی در ارتفاع50 تا 1000 کیلومتری بالای سطح زمین قرار دارد. لایه یونسفرحاوی الکترون های آزاد است . که بر روی انتشارامواج  الکترو مغناطیسی تاثیر میگذارد. بنابر این سیگنالهای GPS  در حین

عبور از این لایه دچار ضایعه میشوند. به علت تغییر ضریب انکسارمحیط, مشاهدات شبه فاصله و فاز موج حامل به ترتیب دارای سرعتهایکمتر و بیشتر از سرعت نور در خلا میشود.

□ نحوه برخورد با این بایاس: 1- استفاده از مدل ریاضی که این مدلبه 8 ضریب که از فایل ناوبری ماهواره ارسال می گردد وابسته است.این مدل حد اکثر 50% خطای یونسفر را از بین میبرد. مدلی جهانیاست ودر خیلی از کاربرد ها استفاده میشود. 2- روش دو فرکانسه:دراین روش به کمک فرمول ساده ای با داشتن تفاوت 2 طول و نیز تاخیر زمانی ویک ضریب که نسبت طول موج 2 فرکانس میباشد عملاخطای یونسفر تا حد 95 % حذف میگردد.

 3-2 تروپسفر:

 به بخشی از جو اطلاق میشود که از سطح بالای سطح زمین  تا ارتفاع تقریبی 50  کیلومتر قرار دارد. انتشار سیگنال GPS درترپسفر مستقل از فرکانس است و تاخیر ترپسفری روی هر دو موج

حامل وروی فاز وکد تاثیر یکسانی دارد. انکسار در محیط تروپوسفر رامیتوان به دو بخش خشک و تر تقسیم نمود. مولفه خشک تقریبا90 %کلخطای ناشی ازانکسار ترپسفری را تشکیل میدهدومیتواند با اندازه گیری ودر دسترس بودن داده ها اتمفسری با دقت1/0% برآورد شود.مولفه تر انکسار ترپسفری بستگی به شرایط جوی در طول مسیر سیگنال دارد. میزان خطای ترپسفر در زینت 3/2 متر و در10 درجه  بالای افق 30 متر است.

 □ نحوه برخورد با این بایاس: 1- نادیده گرفتن این خطا 2- استفاده از روشهای تفاضلی در مشاهدات تفاضلی بین گیرنده اختلاف اثر  ترپسفر دو انتهای خط مبنا مهم میباشد. گاهی فرض میشود که

 اثرات ترپوسفر در دو انتهای خط مبنا یکسان است وبا روشهای تفاضلی این اثر میتواند حذف یا به میزان زیادی کاهش یاید. این فرض درباره خط مبناهای کوتاه با ارتفاع های تقریبا یکسان که شرایط

 جوی در دو انتهای آن تقریبا یکسان است معتبر میباشد.3- استفاده از مدل های انکسار: یکی مدلهای محلی انکسار و دیگری مدلهای جهانی انکسار.

4)خطای cycle slip:

جهش فاز یا  cycle slip اکثرا در نتیجه وجود موانع بین گیرنده ها و ماهواره بوجودمی آید و به طورکلی وقتی ارتباط بین گیرنده و ماهواره قطع شود,اندازه گیری هم انجام نشده, لذا در اندازه گیری فاز موج حامل, عدد ابهام فاز از دست خواهد رفت. پس از گذشت مدتی که سیگنال ماهواره مجددا توسط گیرنده دریافت شود,اندازه گیری فاز نیز خواهد شد ودر این حالت مقدار ابهام فاز مانند شروع اندازه گیری مجهول است و باید تعیین گردد.

علل قطع ارتباط و بروز جهش فاز:

- وجود مانع بین گیرنده و ماهواره

- شتاب ناگهانی گیرنده

- خرابی نرم افزار

علاوه بر قطع ارتباط, گاهی اختلالات یونسفریکی, پدیده چند مسیری, تداخل سیگنال ماهواره با سگنال های دیگر و خطا های ماهواره و گیرنده باعث ایجاد جهش در فاز و اندزه گیریهای غلط میشوند. لازم به ذکر است که آنچه به عنوان خطای cycle slip در نظر گرفته میشود, جهش فاز ناشی از قطع ارتباط گیرنده با ماهواره است.

روشهای کشف و حذف این اثر:

روشها بستگی به مد اندازه گیری دارد وعبارتند از:

1- برازش یک چند جمله ای پیوسته برای داده های فاز هر ماهواره جهت مدله نمودن آنها.

2- استفاده از مشاهدات تفاضلی سه گانه: در این روش از روی اختلف معادلات تفاضلی دوگانه مشاهده شده و انداره گیری شده در دو اپک میتوان بوجود cycle slip پی برد.

روشهای مقابله یا کاهش این اثر:

- ساده ترین روش جهت مقابله با این اثرات, انتخاب دقیق و محتاطانه نوع آنتن و محل استقرار آن است.

- روش دیگری عموما در حالت کینماتیک و در صورت استفاده از گیرندههای دو فرکانسه مورد استفاده قرا ر میگیرد. در این روش به داده های دو موج حامل

L1 و L2 نیاز میباشد. لذا این روش مختص گینده های کد p یا code less میباشد.

براساس این روش در یک فاصله زمانی کوتاه, اختلاف L1 و L2 را محاسبه میکنیم.

این اختلاف فاز عموما مقدار کوچکی خواهد بود که اگر خلاف این امر ملاحظه شود

بیانگر وجود cycle slip در مشاهدات خواهید بود این روش درمد استاتیک نیز استفاده میشود.

    

جابجایی مرکز آنتن :

 -مرکز فاز آنتن نقطه ای است که اندازه گیری سیگنالهای رادیویی به آن منصوب میشود و عموما با مرکز فیزیکی آن منطبق نیست . در آنتنها دو اثر باید مد نظر قرار گیرند: آفست مرکز فاز و تغییرات مرکز فاز . دقت یک آنتن به تغیرات مرکز فاز آن مرتبط میباشد نه به آفست مرکز فار آنتن. چرا که ثابت افست میتواند به آسانی تعیین شود اما مدله نمودن مرکز فاز آنتن کار دشواری است.

و در نهایت:

بایاس ابهام فاز:

اندازه گیری فاز موج حامل ما را به دقت بالاتری در تعیین موقعیت نسبت به اندازه –گیری تاخیر میرساند. اما مشکل عمده در اندازه گیری فاز موج حامل مسئله ابهام فاز میباشد.

میزان بایاس: مضرب صحیحی از طول موج:

حدود 20 cm برای گیرنده های cod correlation

حدود 10 cm برای گیرنده های SQUARING

مقدار ابهام فاز در طول ارتباط ماهواره با گیرنده ثابت می ماند و به محض ارتباط نیز تغییر خواهد نمود.

روشهای برخورد با این بایاس :

1- بر آورد N به صورت عدد حقیقی:

- یا N را به همان صورت حقیقی رها میکنیم که در این حالت sop هاهذلولی میشوند و با کاهش دقت روبروهستیم.

- نزدیک ترین عدد صحیح به N راانتخاب نموده و N را فیکس نماییم که انتخاب این عدد صحیح کار مشکلی است .

2- استفاده از wide laning:

با استفاده از روش ترکیب فاز wide laning یافتن N صحیح وحل فاز آسانتر امکان پذیر میباشد اما دراین روش نویز حاصله حدود 6 برابر نویز اولیه است. بنابراین از این روش جهت ابهام فاز در مواردی که اثر نویز کم میباشد, استفاده میگردد.

3- ترکیب اندازه گیری های کد و موج حامل :

با ترکیب مشاهدات کد و موج حامل انجام پذیر است. برای این روش نیاز به گیرنده هایی با سطح نویز کم دراندازه گیری کم میباشد که  تنها گیرنده های کد  pاین قابلیت را دارند. لذا عملا امکان استفاده از این روش برای گیرنده های civil  که اجازه اندازه گیری کد p را ندارند نمیباشند.

4- استفاده از روش تفاضلی بین اپکها:

با استفاده ازاین روش, مجهول ابهام فاز از معادله حذف میشود اما به علت آنکه sop ها دراین روش هذلولی میشوند, لذا دقت و استحکام خوبی ندارند .

5- جابجایی آنتنها : این روش و در روش بعدی جهت تعیین ابهام فاز اولیه در روشهای کنیماتیک و شبه کنیماتیک به کار میرود. در روش جابجایی آنتنها, دو گیرنده به فاصله نزدیک به هم (حدود 10 متر) مستقر شده و اندازه گیریهای فاز موج حامل توسط آنها صورت میگیرد. بعد از حدود چند ثانیه بدون قطع ارتباط گیرنده ها با ماهواره ها جای گیرنده ها با هم تعویض میشوند ودوباره اندازه گیری فاز موج حامل توسط آنها به مدت چند ثانیه صورت میگیرد. با جمع نمودن هر معادله مشاهده بدست آمد. عدد ابهام فاز بدست می آید .

6- روش طول باز معلوم:

در این روش دو گیرنده روی طول باز کوتاهی که موقعیت دو انتهای آن معلوم است, مستقر میشوند. و اندازه گیریهایی فاز موج حامل به مدت چند دقیقه روی آنها انجام میشود. با توجه به این که فاصله دو گیرنده از هم کم میباشد , به این ترتیب با رد یابی n ماهواره, (1 - n ) مجهول ابهام فاز محاسبه میشود.

7-  روش طول باز نامعلوم:  این روش مشابه روش پیش است منتها در این روش موقعیت یکی از ایستگاهها نا معلوم بوده و مدت مشاهده نیز در این روش طولانی تر(حدود 10 تا30 دقیقه) است.

با حل کمترین مربعات , مجهولات شامل 3 اختلاف وn-1 مجهول ابهامفاز در صورت ردیابی n  ماهواره با این روش قابل حصول است.

به منظور تعیین موقعیت به کمک اندازه گیری فاصله بین گیرنده و ماهواره, موقعیت ماهواره باید معلوم باشد. برای آنکه موقعیت به صورت آنی و در لحظه امکان پذیر باشد اطلاعاتی راجع به ماهواره, وضعیت سلامت ماهواره و برخی داده های تعصیصاتی توسط ماهواره ارسال گردد که این اطلاعات همان طور که در قبل ذکر شد بر روی هر دو سیگنال L1 , L2 مدوله میشوند.

در طراحی, اولین مرحله انتخاب مناسب محل ایستگاه می باشد.

 

 منبع :ویکیپدیا


کلمات کلیدی: جی پی اس ،کلمات کلیدی: gps ،کلمات کلیدی: مکان یاب