بخشی از مقاله
چکیده :
بعد از پیدایش سیستم تعیین موقعیت جهانی همواره متخصصان و پژوهشگران این زمینه به دنبال کشف روشهایی برای افزایش دقت تعیین موقعیت نقاط با استفاده از این سیستم بودهاند. آرایش هندسی ماهوارهها در فضا یعنی نحوه قرار گرفتن ماهوارهها در فضا نسبت به گیرنده که در دقت تعیین موقعیت نقاط بسیار موثر است. DOP معیاری است جهت نمایش وضعیت هندسی ماهوارهها در فضا نسبت به گیرنده.
انتخاب بهترین زمان در روز جهت انجام تعیین موقعیت دقیق نقاط یکی از چالشهای این زمینه محسوب میشود. در این پژوهش با استفاده از یک شبکه بسته با ابعاد تقریبی 19,15,12 متری در یک منطقهی شهری واقع در کرمانشاه با زاویه دید بسیار عالی و به دور از مزاحم های امواج GPS نسبت به انجام مشاهدات اقدام نمودیم. در این پژوهش مشاهدات با نرخ 1" و برای رسیدن به نتایج تقریبا دقیقتر از ماهوارههای هم نام و بازههای زمانی مشترک استفاده شده است. در نهایت بهترین زمان جهت انجام تعیین موقعیت دقیق نقاط با این سیستم در محل پروژه از منظر آرایش ماهواره ایی خوب و تعداد سیگنال های کامل انتخاب شد. سرانجام گریزی بر خطاهای ممکن الوقوع در این پژوهش داشتهایم
-1 مقدمه
یکی از جدیدترین و بهترین روش های تعیین موقعیت دقیق نقاط زمینی، تعیین موقعیت ماهواره ای میباشد. سامانه تعیین موقعیت GPS یکی از روشهای تعیین موقعیت ماهواره ای می باشد که خود این سامانه با توجه به نوع امواج مورد استفاده در ناوبری ماهواره ایی و همچنین نوع گیرنده های زمینی آن، به چندین روش تعیین موقعیتی ماهواره ایی تقسیم می شود.
همان طور که هر مشاهده هندسی دارای خطای مطلق و نسبی و منابع خطای مربوط به خود می باشد، تعیین موقعیت های ماهواره ایی نیز منابع خطای مختص به خود را دارند. بعضی از این خطاها ماهیتی سیستماتیک و برخی دیگر بصورت اتفاقی وارد مشاهدات می شوند. با شناخت منشاء و ساختار هرکدام از خطاها میتوان علاوه بر بهره گیری از روابط ریاضی، راهکارهایی جهت کاستن تاثیر آن خطا به کار برد. پیمایش های ماهوارهایی انجام شده در این پژوهش با استفاده از اطلاعات مداری دریافت شده از پیام ناوبری ماهوارههای تعیین موقعیت - روش اطلاعات غیر دقیق مداری - به روش Post Processing به شکل یک لوپ بسته صورت پذیرفته است.
در این پژوهش با استفاده از یک جفت دستگاه گیرنده جی پی اس ایستگاهی دو فرکانسه - L1, L2 - لایکا مدل SR530 و با بهره گیری از یک جفت آنتن لایکا مدل AT502 کار تعیین موقعیت دقیق نسبی سه ایستگاه زمینی ثابت به روش مشاهدات استاتیک با روش تفاضلی سه گانه - ماهواره-گیرنده-زمان - صورت پذیرفته است.
-1-1 چگونگی رفع خطا های تاثیرگذار بر روی وضعیت DOP ها و از طرفی تعیین بهترین زمان در روز برای انجام مشاهدات:
· خطاهای کاهش پیدا کرده به واسطهی روش تعیین موقعیت - تفاضلی سه گانه - وگیرنده
· خطاهای مورد ارزیابی و کاهش یافته در پردازش با نرم افزار و راهکار های عملی
روش کار این تحقیق که با استفاده از امواج حامل L1 و L2 جی پی اس به روش استاتیک بوده است به خودی خود خطاهای زیر را تا حد زیادی کاهش داده است:
خطای ساعت ماهواره و گیرنده خطای مدار ماهواره خطاهای اتمسفریک خطای ابهام فاز و....
-1-2 نحوهی رفع خطای Dilution Of Precision - DOP - در مشاهدات ماهوارهایی:
ارتفاع ماهواره های GPS تا نقطه نادیرشان بر روی سطح زمین تقریبا برابر 20200 کیلومتر می باشد. مدت زمانی که طول می کشد تا یک ماهواره GPS یک دور کامل به دور زمین بچرخد تقریبا برابر 11:58 ساعت می باشد. به عبارتی موقعیت هر ماهواره لحظه به لحظه در حال تغییر میباشد. در نتیجه این جابجایی ها باعث ایجاد ترفیع های فضایی با مثلث های متفاوت از هم می شوند که خود این تفاوت ها در اشکال ترفیع های فضایی باعث بوجود آمدن خطا در تعیین موقعیت می گردد.
هرکدام از این مثلث های فضایی از لحاظ شکل در چهار بعد X,Y,Z و زمان امتیازات مربوط به خود را کسب می کنند که اصطلاحا DOP نامیده می شوند. از طرفی نسبت انحراف معیار موقعیت به انحراف معیار مشاهدات شبه فاصله را DOP می گویند. هرچه مقدار عددDOP کمتر باشد تعیین موقعیت دقیق تری خواهیم داشت. در این پژوهش بررسی تاثیر هندسه ماهواره ها بر دقت تعیین موقعیت - DOP - برای مشاهدات هر Baseline تعیین زمان بهینه در روز جهت انجام تعیین موقعیت دقیق نقاط با ...در زمانهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج DOP ها هر قدر که به عدد 0 نزدیکتر باشد به حالت بهینه DOP ها نزدیک و نهایتا خطای کمتر حاصل می شود. معمولا مشاهدات با DOP های بالای 5 یا 6 از گردونه پردازها حذف و عملیات زمینی آن باید تکرار گردد.
شکل : 1 وضعیت و نمره DOPs را نشان میدهد.
هندسه ماهواره ها از چند منظر ارزیابی میگردد:
: PDOP نمره هندسه ماهواره ها بر دقت تعیین موقعیت، در سه بعدX, Y, Z
: HDOP نمره هندسه ماهواره ها بر دقت تعیین موقعیت، در دو بعدX, Y
: VDOP نمره هندسه ماهواره ها بر دقت تعیین موقعیت، در یک بعد Z
: TDOP نمره هندسه ماهواره ها بر دقت تعیین موقعیت دربعد زمان
: GDOP نمره نهایی هندسه ماهواره ها بر دقت تعیین موقعیت
-1-3 همگن سازی و ایجاد شرایط یکسان برای مشاهدات هر :Baseline
وجود مانع زمینی دید بین ماهوارهها و گیرنده ها باعث قطع ارتباط و در نتیجه کم شدن تعداد ماهواره ها ی مورد استفاده در تعیین موقعیت نقاط می گردد. در این پژوهش برای یکسان سازیVisibility ، مشاهدات مربوط به ماهوارههایی که کاملا در بازه زمانی مورد نظر شرکت داشتهاند مورد استفاده قرار گرفته است و مابقی سیگنالهای نیمه تمام حذف گردیده. با این کار تلاش شده تا با استفاده از تعداد ماهواره های یکسان و همچنین با سیگنال کامل، شرایطی همگن از لحاظ تعداد ماهواره های هر Baseline ایجاد نمود.
-1-4 خطای چند مسیری و تاثیر بادهای شدید بر روی امواج جی پی اس:
حالت ایده آل مسیر حرکت سیگنالهای ارسالی از سمت ماهواره ها به گیرنده مستقیم می باشد. اگر عامل زمینی باعث بوجود آمدن انحراف در این خط مستقیم گردد، خطای بوجود را خطای چند مسیری - Multi-path - می گویند. این عوامل شامل ساختمان های بلند، خطوط انتقال برق و... می باشد. در این تحقیق جهت کاستن هرچه بیشتر این خطا در مشاهدات کارهای زیر انجام شده است:
انجام مشاهدات در یک محل مرتفع و بالاتر از هر مزاحم زمینی برش سیگنال های با زاویه کمتر از 15 درجه انجام مشاهدات در زمان های چهارگانه در چهار روز انجام پژوهش در یک منطقه ناصاف و با انعکاس پایین با توجه به پیش بینیهای اداره هواشناسی روزهای منتخب طوری انتخاب گردید تا در چهار روز انجام مشاهدات کمترین مقدار وزش باد وجود داشته باشد.
