GPS antennák modellezése

Kütyü magazin, 2008. július 20. 10:50
A GPS geodéziai alkalmazásai során számos olyan műszaki és modellezési problémát kell megoldanunk, amelyek a kézi vevős navigációnál, a méteres pontossági tartományban még elhanyagolhatók. Az egyik legfontosabb és megnyugtatóan csak az utóbbi években megoldott tényező a GPS antennák (mind a műholdak sugárzó, mind a földi műszerek vevőoldali antennái) ún. fáziscentrum változásának (PCV) modellezése.

Mint tudjuk, az antennákban a koordináta vonatkoztatási pont nem rögzített, hanem az elektromágneses hullámterjedés törvényeinek megfelelően és a GPS holdak éggömbön elfoglalt helyzetének függvényében akár cm-es nagyságrendben vándorol az antennatesten belül! Korábban ezt a hatást terepi kalibrációs mérések alapján modellezték, ahol a modellt egy kitüntetett antennatípushoz (Dorne Margolin) képest határozták meg. Ez az ún. relatív PCV modellezés azonban több sebből vérzett, mert nem adott közvetlen információt a műholdak antennáiról és a referencia antennatípus tényleges viselkedéséről. Emellett a PCV modell meghatározhatósága, így pontossága a légköri hatások miatt jóval gyengébb volt a horizonthoz közeli tartományban. Ez utóbbi miatt pl. a több ezer km-re lévő állomások ugyanazt a műholdat más horizont fölötti szög alatt észlelték, ami a koordináta meghatározását torzította. Ráadásul, mint később kiderült, a relatív PCV-k esetében a referencia antenna hibás definíciója (zérus PCV) azzal a figyelemreméltó következménnyel járt, mintha a földi méreteket 0.015 ppm ún. méretarány hibával határoztuk volna meg! (1 ppm = 10 km-es távolságon 1 cm hiba)

Az abszolút, tehát önálló, nem egy referencia antennához képest előállított modellel mindezek a hiányosságok kiküszöbölhetők, ami – a mm-es szinten – lényegesen megbízhatóbb helymeghatározást tesz lehetővé. Az abszolút PCV meghatározható ún. „süketszobában”, ahol a holdakat tetszőlegesen változtatható pozíciójú jeladó pótolja, ill. kalibráló robottal, amely a „valódi” GPS műholdak jeleit használja, és az antennát állítja tetszőleges irányú pozícióba.

Az abszolút PCV-k bevezetése 2006 novemberében történt meg. A modellváltás a GPS permanens állomások magassági koordináta idősorában ugrást (átlagosan 15 mm) okozott, emiatt, és az új modellezéstől várt lényegi minőségjavulás miatt elkerülhetetlenné válik a „történelmi”, mintegy 15 évre visszamenő GPS mérések újrafeldolgozása. A globális IGS (International GNSS Service) hálózatban ez folyamatban van, az EPN (Európai Permanens állomáshálózat) adataira a varsói Katonai Műszaki Egyetemen (MUT) a feldolgozás már elkészült. Együttműködés keretében a FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumában a Magyar Űrkutatási Iroda támogatásával elvégeztük az MUT 10 évnyi anyagának idősor analízisét. Az eredmények igazolták a várakozásokat: tisztább, kevésbé zajos, stabilabb koordináta-változásokat mutató idősorokat kaptunk eredményül. Példaként az angliai Herstmonceux (HERS) állomás eredeti és újra feldolgozott idősorát mutatjuk be.



Ilyen volt (fent) és ilyen lett (lent) a példabeli GPS állomás koordinátáinak idősora az antenna abszolút fáziscentrum-modellezésének bevezetése előtt ill. után. A vízszintes tengelyen az idő (1996-tól 2008-ig), a függőleges tengelyeken a pozíció északi, keleti és magassági irányú komponensének változása látható, mm-es skálán.

Az új eredmények lehetővé teszik az állomások koordinátáinak, sebességének és pl. az évszakos hatásoknak minden eddiginél pontosabb meghatározását. Az új analízis további figyelemre méltó eredménye, hogy a koordinátákra kapott évszakos változások amplitúdója csökkent, ami jó hír, mert a korábbi vizsgálatok azt jelezték, hogy a geofizikai modellek alapján kisebb amplitúdó volt várható, mint amit a GPS analízis mutat.

A magyar GNSSnet.hu hálózat állomásaira is elkészült az eddigi mérések újrafeldolgozása. Az eredményül kapott idősorok a GNSSnet.hu/szolg.php oldalon megtalálhatók, a pontok leírásával együtt, a térképen az egyes állomásokra kattintva.

Forrás: ŰRVILÁG hírportál

Kapcsolódó cikkek: