Technologie GPS je charakteristická svou vysokou relativní přesností. V případech požadavků co nejvyšší přesnosti při speciálních aplikacích (např. při měření posunů a deformací) je nutné hledat možnosti modelování některých systematických vlivů a použití upravených měřících postupů. Mezi systematické chyby se řadí chyby kosmického systému (např. excentricity fázových center antén družic), dále vlivy prostředí, kterým se signál šíří (tj. ionosféry, troposféry), a systematické chyby přijímače (jako excentricity fázových center antén a jejich variace, vliv vícecestného šíření signálu). Nezanedbatelným je také vliv geometrické konfigurace družic. Při vyhodnocení GPS měření je obtížné jednotlivé vlivy separovat. Některé vlivy je možné ošetřit zaváděním dodatečných korekcí (soubory excentricit fázových center antén družic, globální modely ionosféry a troposféry, soubory excentricit fázových center přijímacích antén). Při kombinaci různých typů aparatur GPS se projeví zejména relativní diference poloh fázových center přijímačů, které jsou při přesných aplikacích nezanedbatelné. Další možností zvýšení přesnosti je využití korelace dat blízkých GPS aparatur.

Vliv konstelace družic

Vliv konstelace družic je možné výrazně eliminovat opakováním kratších observací ve vhodném časovém odstupu. V tabulce č. 1 jsou uvedeny některé charakteristiky pro výškovou složku hodinových řešení vektoru 0027-0021 sítě Sněžník. Vyrovnanou triádou se rozumí řešení tří jednohodinových vektorů v časovém odstupu dvou, čtyř a osmi hodin. Vnitřní přesnost je určena jako kvadratický průměr ze směrodatných odchylek vyrovnaných triád. Vnější přesnost je vyjádřena směrodatnou odchylkou výsledků triád. Je zřejmé, že rozdíl minimální a maximální hodnoty řešení hodinových řešení dosahuje až čtyř centimetrů v průběhu 24 hod. a vnitřní přesnost se výrazně liší od vnější přesnosti. Při kombinaci jednohodinových řešení vektorů po osmi hodinách se zde rozdíl maximálního a minimálního řešení snížil prakticky čtyřikrát, vnitřní přesnost se výrazně snížila, ale vnější přesnost se třikrát zvýšila a lépe koresponduje s vnitřní přesností.

Graficky je průběh hodinových řešení spolu s řešením triád po osmi hodinách znázorněn v grafu na obr. 1. Lomenou čarou je vyznačen průběh hodinových řešení. Průběh triád je znázorněn tečkami. Je zřejmé, že průběh triád má menší rozptyl (do jednoho centimetru) oproti samostatným hodinovým řešením.

Vliv volby modelů prostředí

Vliv použitých modelů ionosféry a troposféry je rovněž nezanedbatelným. Diference výsledků při použití různých modelů pro výše uvedený vektor dosahovaly hodnot až několika centimetrů. Pro dlouhé observační doby jsou diference velmi malé, řádově v milimetrech. Bez použití modelu ionosféry mohou diference vůči řešení se standardním modelem dosahovat až centimetrových hodnot. Pro kratší observace (délky např. jedné hodiny) v nočních podmínkách jsou opět diference souřadnic při použití různých modelů malé, při zanedbání vlivu ionosféry vzrostou řádově do 5 mm. Naopak u kratších observací za denních podmínek diference souřadnic mohou dosahovat až dvoucentimetrových hodnot a nezavedení ionosférického modelu může znamenat až několikacentimetrové diference v souřadnicích. Podobná situace je i v důsledku volby různých modelů troposféry, kde diference zejména ve výškové složce dosahovaly pro daný vektor až pěticentimetrových hodnot.

Kombinace různých typů GPS aparatur

Při nasazení více GPS přijímačů je vhodné provést jejich srovnávací měření, jehož cílem je ověření vzájemné geometrie antén použitých aparatur. V našem případě jsme se zaměřili na testy excentricit fázových center antén při jejich různém nasměrování. Testy byly realizovány v rámci opakovaných kampaní v síti Sněžník. Ověřována byla možnost rychlé kontroly antén s využitím metody Stop&Go. Pro úplnost je třeba definovat pojem fázového centra jako bodu, ke kterému je měřena geometrická vzdálenost mezi družicí a přijímačem. Variace fázového centra se liší pro jednotlivé frekvence L1, L2 a závisí též na směru příjmu signálu GPS - je tedy funkcí jeho azimutu a zenitového úhlu.

Testovací měření byla realizována s GPS přijímači/anténami stejného typu (Leica) i různých typů (Leica, Ashtech, Trimble). Při měření bylo použito režimu metody Stop&Go, která byla zvolena záměrně, neboť umožňuje v relativně krátkém čase určit polohu více bodů. Antény byly proměřovány v poloze otočení na sever, jih, východ a západ. Po společné inicializaci antén se poloha dalších bodů určuje pouze z několika málo epoch. Pro určení spolehlivé polohy stačí zaměření 2 až 3 epoch, přičemž zvětšování počtu epoch nepřináší výraznější zvýšení přesnosti. Relativní rozptyl těchto několika epoch se pohybuje okolo 1 mm a právě této skutečnosti bylo využito při proměřování antén.

Závěry

Využití korelace dat pro zavádění dodatečných korekcí prostorové polohy se ukazuje jako efektivní možnost zlepšování výsledků GPS kinematických a pseudokinematických metod. Pro správné určení korekcí je žádoucí zpracování dat totožné konstelace družic na fixní (pseudoreferenční) i pohyblivé stanici pro jednotlivé zaměřované epochy, což je možné dodatečně ošetřit při výpočtu.

Zpřesňovat výsledky lze dále prostřednictvím důsledné kalibrace antén GPS aparatur. Způsob kontroly antén s využitím metody Stop&Go se jeví jako vhodný, rychlý a realizovatelný i v polních podmínkách. Zavedení korekcí z anténních testovacích měření do jiných nezávislých měření při kombinaci různých typů aparatur přináší znatelné zlepšení výsledků.

Při použití různých atmosférických modelů mohou diference dosahovat - zejména ve výškové složce - několika centimetrů i pro relativně krátké délky několika kilometrů, pro určitou lokalitu a zvolený způsob vyhodnocení. Zefektivnění postupu měření a zpřesnění výsledků lze rovněž dosáhnout kombinacemi několika kratších observací s vhodnými časovými rozestupy (6 až 8 hod.)

LITERATURA:

WEIGEL, J., ŠVÁBENSKÝ, O.: Přesnost GPS výšek v lokálních sítích. Sborník (Seminář GPS a výšky) VUT v Brně, únor 1999, s. 55-62.

Bureš J., Švábenský O., Weigel J.
Redakčně upraveno.
Příspěvek zazněl na semináři GPS Brno v únoru 2000 a v nezkrácené verzi je k dispozici ve sborníku referátů »GPS a speciální geodetické práce« nebo na Webu Zeměměřiče.

vyvěšeno: 4.března 2002

---

Z časopisu Zeměměřič č. 3/2002