Középkezdő: A GNSS technológia hibahatásai
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.