חישוב ו-Minimizing שגיאות שיטתיות ב- GPS Geodesy

GPS גיאדסי מהפכה הדרך שבה מדענים וסקרנים מודדים את צורת כדור הארץ, לפקח על תנועות קרום, והקימו רשתות מיקום מדויקות. טכנולוגיה מבוססת לוויין זו מספקת מיקום תלת-ממדי, מהירות ומידע בזמן עם דיוק מדהים.עם זאת, הדיוק של מדידות גיאוגנטיות GPS תלוי במידה רבה בהבנה וצמצום שגיאות שיטתיות שיכולות לסכן נתונים ואמינות.

שגיאות שיטתיות מייצגות את אחד האתגרים המשמעותיים ביותר בגיאודות GPS.בניגוד לשגיאות אקראיות משתנות ללא משפט, שגיאות שיטתיות נקראות כך משום שהן מתרחשות על פי מערכת ⁇ סטית שניתן לבטא על ידי כמה יחסים פונקציונליים. שגיאות אלה יכולות להציג הטיה עקבית במדידות, תוצאות שעלולות להדהים ולהוביל לפרשנות לא נכונה של נתונים גיאוגנטיים.

טבע שגיאות שיטתיות ב- GPS Geodesy

שגיאות שיטתיות שונות ביסודן מטעויות אקראיות בהתנהגותם והשפעה על מדידות.תוצאות שגיאות שיטתיות מאיומים שנוטים להיות עקביים בגודל ובכיוון, מה שהופך אותם לצפויים, ובמקרים רבים, ניתן לתקן באמצעות מודלים מתאימים וטכניקות קלושות.

האופי הצפוי של שגיאות שיטתיות מספק אתגרים והזדמנויות עבור גיאודסיסטים GPS.בעוד שגיאות אלה יכולות באופן משמעותי להפיג את הדיוק המיקום אם לא מותאמות, העקביות שלהם פירושה לעתים קרובות ניתן מודל, נמדד, ומחק מתצפיות.תכונה זו ממבדילה שגיאות שיטתיות מרעש אקראי והופך אותם להתמקד העיקרי של אסטרטגיות הפחתה ביישומים גיאוגנטיים מדויקים.

שגיאות השגוריות יכולות להיות מסווגות בדרך כלל לשגיאות אקראיות ושיטתיות, ולהבין שהבחנה הזו חיונית לפיתוח אסטרטגיות עיבוד נתונים יעילות.ניתוח סדרת זמן המיקום סייע לזהות שגיאות שיטתיות שיכולות להשפיע באופן משמעותי על הדיוק של עקירות קרקעיות גנו-דרדריביות, במיוחד אותות עונתיים או הערכות מהירות עקירה הקרקע.

שגיאות GPS

שגיאות אלה עשויות להיות מסווגות כאלה שמקורם בלוויינים, אלה שמקורם במקבל, ואלה אשר בשל פיזור אות (חזרה אטמוספירית) מערכת סיווג שלוש קטגוריות זו מספקת מסגרת שימושית להבנת מקורות שונים של שגיאות שיטתיות ופיתוח אסטרטגיות מייגציה ממוקדת.

שגיאות מערכתיות מורחבות

שגיאות הקשורות לווייני מקורן ישירות מהלוויין או נמצאים כחלק מהאותות המועברות לווייני. שגיאות אלה כוללות מספר רכיבים שונים המשפיעים על דיוק המדידה.

שגיאות שמקורן בלוויינים כוללות את ephemeris, או מסלול, שגיאות, שגיאות שעון לווייני, ואת ההשפעה של זמינות סלקטיבית. שגיאות Ephemeris נובעות מאיומים במידע מסלול השידור.אפילו שגיאות קטנות בעמדה הלוויין הצפוי יכול לתרגם שגיאות מיקום משמעותי על הקרקע, במיוחד עבור יישומים הדורשים דיוק ברמה ס"מ.

שעונים אטומיים של לווייניים חווים שגיאות רעש ושעון.מסר ניווט מכיל תיקונים עבור שגיאות אלה והערכות של הדיוק של השעון האטומי.עם זאת, הם מבוססים על תצפיות, והם עשויים לא להצביע על המצב הנוכחי של השעון.בעיות אלה נוטות להיות קטנות מאוד, אבל עשוי להוסיף עד כמה מטרים (עשרות מטרים) של אי דיוק.

שגיאות שעון לוויין מהוות מקור קריטי של טעות שיטתית משום ש- GPS מסתמך באופן יסודי על מדידות זמן מדויקות.השעוןים האטומיים על לווייני GPS מדויקים באופן יוצא דופן, אך הם עדיין חווים סחף ורעש שיש לקחת בחשבון עבור יישומים גיאודוקטיים מדויקים.

שגיאות מערכתיות מתקדמות

שגיאות שמקורן במקבל כוללות שגיאות שעון מקלט, שגיאות מרובותפת, רעש מקלט וריאציות מרכז אנטנה שלב.כל אחד ממקורות השגיאה הללו תורם לתקציב השגיאה השיטתי הכולל בדרכים שונות.

שגיאות שעון מקבל הן בדרך כלל הרבה יותר גדולות משגיאות שעון לווייני כי מקלטי GPS משתמשים פחות יקרי אוספי גבישים ולא שעונים אטומיים. GPS מקלטים, לעומת זאת, משתמשים בשעון גבישים זולים, שהם הרבה פחות מדויקים מאשר שעונים לווייניים.כזה, טעות השעון גדולה הרבה יותר מאשר שעון ה- GPS. למרבה המזל, ניתן להסיר באמצעות הבחנה בין הלוויינים או תהליך נוסף יכול להיות מטופל כתהליך פרמטרים לא ידוע.

טעות רבפת היא אחד המקורות השגויים הדומיננטיים בכל יישומי GPS. שגיאות מרובותפת נגרמות על ידי ההשתקפות, דיפרצה, ופיזור אותות GPS על ידי אובייקטים סמוכים.תופעה זו מתרחשת כאשר אותות GPS מגיעים לאנטנה המקלט דרך מסלולים מרובים - האות הישיר מן הלוויין ומשתקף אותות כי נסוגו ממשטחים סמוכים כגון מבנים, גופי מים או הקרקע.

כמו כן שגיאות מרובות-פת, אשר הפרעה נגרמת על ידי השתקפות אותות מעל פני השטח ליד המקלט, היא בעיה נפוצה גם.זה נפוץ במיוחד בסביבות עירוניות תחת קפיפות עץ עבה.מכיוון שהאות המשקף משטח יכול להגדיל את המרחק מהלווין למקלט, שגיאות מרובות-פת יכולות להשפיע על הדיוק של עמדות על ידי הגדלת קואודו-טווח מלאכותי.

וריאציות מרכז אנטנה מייצגים מקור עדין אך חשוב אחר של טעות שיטתית הקשורה למקבל.השלב החשמלי של אנטנה GPS - הנקודה שבה אותות מופיעים מקורם - אינם בהכרח עולים בקנה אחד עם המרכז הפיזי של האנטנה ויכולים להשתנות עם הכיוון של אותות נכנסים.

שגיאות תגמול

שגיאות הפחתת האות כוללות את העיכובים של אות ה- GPS כפי שהוא עובר דרך השכבות האטמוספריות (בעיקר האנדוספרה והסטרופה) השפעות אטמוספיריות אלה מייצגות כמה מהמקורות הגדולים והמשתנים ביותר של טעות שיטתית בגיאודות GPS.

Ionospheric Delay: A Major Systematic Error Source

האנדוספרה, שכבה של האווירה של כדור הארץ המשתרעת מגובה של כ-50 עד 1000 קילומטרים, מכילה אלקטרונים חופשיים וצלים שנוצרו על ידי קרינה סולארית. עיכוב אינוספירי מתייחס לזמן העיכוב שחווים אותות לוויין כפי שהם עוברים דרך יון כדור הארץ, שכבה של האווירה מלאה חלקיקים טעונים.

מכניזם פיזי של עיכובים Ionospheric

האנדוספרה היא פיזור, כלומר עיכוב הזמן לכאורה שתרמו על ידי האנדוספרה תלוי בתדר של האות.התנהגות זו תלויה תדירות זה חיוני להבנת הבעיה ואת הפתרון שלה.העיכוב הionospheric משפיע על קוד ומדידות שלב נושא באופן שונה, עם הנכס המפולגת גורם הקודים, המודולציות על הגל המוביל, להיות מושפע באופן שונה מאשר את נושאת ה- C / A, כמו קוד איטי, או קוד ה- C.

צפיפות זו מתוארת לעתים קרובות כתוכן אלקטרוני הכולל או TEC, מדד של מספר אלקטרונים חופשיים בעמודה דרך ionosphere עם שטח חצי-שטח של 1 מ"ר: 1016 הוא יחידת TEC אחת.הגבוהה יותר צפיפות האלקטרונית, העיכוב הגדול של האות, אבל העיכוב הוא ללא כל אמצעי קבוע.

משתנים זמניים וספאטיים

עיכוב איונוזי מציג הבדלים מורכבים של זמן ומרחבי אשר הופכים אותו מאתגר לדגם במדויק.העיכוב הionospheric משתנה לאט דרך מחזור יומי.זה בדרך כלל בין חצות לשעות הבוקר המוקדמות, ורוב סביב הצהריים המקומי או קצת אחרי. בשעות היום באמצע שעות אור, העיכוב הסטריאוטיפי עשוי לגדול להיות גדול פי חמישה מאשר זה היה, אך ורק לאחר מכן הוא היה 8 דקות מאוחר יותר מאשר קצב של הרגעה.

זה גם כמעט ארבע פעמים גדול יותר בנובמבר, כאשר האדמה מתקרבת להליאתה, הגישה הקרובה ביותר לשמש, מאשר ביולי ליד הפתיחת האדמה, הנקודה הרחוקה ביותר מהשמש.הריאציות עונתיות אלה משקפות שינויים בעוצמה של קרינה סולארית ואפקטה על רמות ההון באווירה העליונה.

השגיאה המוצגת על ידי האנדוספרה יכולה להיות קטנה מאוד, אבל זה עשוי להיות גדול כאשר הלוויין נמצא ליד האופק של הצופה, השוויון האמיתי הוא קרוב, ו / או פעילות כתמי השמש הוא חמור.לדוגמה, ה-TEC ממקסימה בשיא מחזור השמש של 11 שנים.זה משתנה גם עם פעילות מגנטית, מיקום, זמן של יום, ואפילו כיוון התבוננות.

השפעות Ionospheric

חומרת ההשפעה של ה-ionosphere על אות GPS תלויה בכמות הזמן שהאות מעבירה דרכו.סימן שמקורו לוויין ליד האופק של הצופה חייב לעבור דרך כמות גדולה יותר של האנדוספרה כדי להגיע למקלט מאשר עושה אות מלווין ליד zenith של הצופה.

העיכוב האנדוספרי יכול להציג שגיאות החל מכמה מטרים לעשרות מטרים, בהתאם לתנאים.כפי אותות GPS לנסוע אל כדור הארץ מהחלל, השכבות של האווירה מהדהדות מעט מעכבות את האותות, במיוחד בתוך האנדוספרה.זה מעכב את הטווח של פתרונות מפלט GPS על הקרקע ללוויינים, וכתוצאה מכך שגיאות מיקום של כמה מטרים.

עיכובים טרופיים: מקור הטעות הלא-דיספרסטיבי

בעוד שהקונספירה משפיעה על אותות GPS באופן תלוי בתדר, הסטרופה - השכבה הנמוכה ביותר של האווירה של כדור הארץ - ניכויים המשפיעים על כל תדרי ה- GPS באותה מידה.אפקט של הטרוספירה על אותות גנואס מופיע כעיכוב נוסף במדידת האות הנוסע מהלווין למקבל.

דמויות של עיכובים טרופיים

הרוטספירה היא חלק מהשכבה הנייטרלית של האווירה של כדור הארץ, כלומר היא לא מחוסנת.הטרוספירה היא גם לא בלתי מעורערת לתאריכים מתחת ל-30 GHz או כך, L1, L2, L2, ו-L5 הם גם משוחזרים באותה מידה.זה לא-דיספרסיבי פירושו שטכניקות כפולות המשמשות לחיסול ionospheric לא ניתן ליישם כדי לעכב את ה-posic.

עם זאת, כפי שהוא ב ionosphere, צפיפות משפיעה על חומרת עיכוב אות GPS כפי שהוא נוסע דרך ה-troposphere. לדוגמה, כאשר לוויין קרוב לאופק, עיכוב האות הנגרמ על ידי הסטרופה ממקסימה.

המונחים: Tropospheric Delay

ניתן לחלק את ה-Rrection ב- hydrostatic, כלומר, גזים יבשים (בעיקר N2 ו- O2), רטוב, כלומר, נפיחות במים, רכיבים.כל אחד מהמרכיבים הללו יש השפעות שונות על אותות GNSS.

עיכוב רכיב הידרוסטטי: זה נגרם על ידי גזים יבשים הנוכחי בטרופיה (78% N2, 21% O2, 0.9% א...) ההשפעה שלו משתנה עם טמפרטורה מקומית ולחץ אטמוספרי באופן צפוי למדי, מלבד וריאציות שלה הוא פחות כי 1% בתוך כמה שעות.הטעות הנגרמת על ידי רכיב זה היא בערך 2.3 מטרים בכיוון הzenith ו 10 מטרים לגבהים נמוכים יותר.

עיכוב רכיב Wet: זה נגרם על ידי מים ריקים ומזוהים בצורת עננים, הnce, זה תלוי בתנאי מזג אוויר.העיכוב עודף הוא קטן במקרה זה, רק כמה עשרות סנטימטרים, אבל מרכיב זה משתנה מהר יותר מאשר המרכיב הידרוסטטי והדרך אקראית למדי, קשה מאוד מודל.

הרכיב יבש, בעוד גדול יותר בגודל, הוא צפוי וקל יותר מודל כי הוא מתאים היטב עם לחץ אטמוספירי משטח.הרכיב רטוב, אם כי קטן יותר, מציג אתגרים גדולים יותר עבור מודלים מדויקים בשל ההפצה המשתנה ביותר של מים פנוי באווירה.

שגיאות מערכתיות ב GPS Geodesy

חישוב מדויק של שגיאות שיטתיות דורש מדידה מתוחכמת ומודל טכניקות.התהליך כולל השוואת תצפיות GPS נגד ערכי התייחסות ידועים, יישום מודלים פיזיים של מקורות שגיאה וניתוח של שאריות כדי לזהות הטיה שנותרה.

« שגיאות מבוססות משקל

גישה בסיסית אחת לחישוב שגיאות שיטתיות כרוכה השוואת מדידות GPS נגד נקודות התייחסות ידועות או ערכים נחושים באופן עצמאי.עבור שגיאות במסלול הלווין, זה עשוי לכלול השוואת נתוני ephemeris שידור עם מסלולים מדויקים לאחר עיבוד. for aאטמוספירה, ערכי ההתייחסות יכולים לבוא ממודלים אטמוספריים, מדידות עצמאיות, או תצפיות דו-פעמיות.

עבור מיקום מדויק מאוד (למשל, בגיאודיסי), ניתן למחוק את ההשפעות הללו על ידי GPS שונים: השימוש בו זמנית של שני מקלטים או יותר במספר נקודות סקר. גישה זו שונה מאפשרת שגיאות שיטתיות רבות לבטל או להיות מופחת באופן משמעותי באמצעות תהליך הניתוק.

עיכובים אטמוספיריים

חישוב עיכוב ionospheric דורש ידע של התוכן האלקטרוני הכולל לאורך נתיב האות. כמו ionosphere הוא מדיה מתפזרת, אותות GNSS refraction תלוי בתדרים שלה (כמו הריבוע בverse). התלות זו על תדירות האות מאפשרת לנו להסיר את ההשפעה שלה עד יותר מ 99.9% באמצעות שתי מדידות תדר.

עבור מקלטים חד-פעמיים, מודלים ionospheric יש ליישם את המודל Klobuchar, שידור בהודעת ניווט GPS, יכול להסיר כ 50-60% של עיכוב ionospheric בתנאים אופייניים.

חישוב עיכוב טרופי בדרך כלל כרוך הפרדה של מרכיבים הידרוסטטיים רטוב.ה יבשה ניתן מודל מלחץ פני השטח וטמפרטורה באמצעות חוקי הגזים האידיאליים.הרכיב רטוב דורש מדידות מטאורולוגיות או estimation כפרמטר לא ידוע בפתרון המיקום.

ניתוח סובסידי

לאחר יישום מודלים תיקון, ניתוח חיתי מסייע לזהות שגיאות שיטתיות שנותרו.זה כרוך בבדיקת ההבדלים בין ערכים נצפות מודלים לזהות דפוסים המעידים על הטיה לא מתוקנת של סדרת זמן ניתוח של הערכות עמדה יכול לחשוף השפעות שיטתיות כגון וריאציות עונתיות, דפוסים רב-אופטיים, או מודלים של חסרונות.

עם זאת, עם השימוש באלגוריתמים לעיבוד נתונים של GPS כאלה, שגיאות שיטתיות במדידות GPS לא ניתן לחסל לחלוטין, או לקחת בחשבון עבור משביע רצון.מציאות זו מחייבת זיכוך מתמשך של מודלים ואסטרטגיות עיבוד.

טכניקות מתקדמות לשגיאות קלות

שגיאות שיטתיות ב- GPS גיאודות דורש גישה רבת פנים המשלבת מבחר חומרה, אסטרטגיות תצפית ואלגוריתמים לעיבוד נתונים מתוחכמות.

שיטות חד-פעמיות ומולטימדיה-Frequency

השימוש ב-Louble- ⁇ או המקלטים הרב- ⁇ מייצג את אחת הטכניקות החזקות ביותר עבור עיכוב ionospheric ionospheric. תוצאה נוספת של הטבע הפיזור של האנדוספרה היא שהעלייה לגל מובילי תדר גבוה יותר היא פחות מאשר לגל תדר נמוך יותר.זה אומר כי L1, 1575.42 M, לא מושפע כמו L2, 1276 זה לא אחד.

על ידי יצירת שילובים ליניאריים ללא ionosphere של תצפיות על שני תדרים או יותר, העיכוב הראשון מסדר ionospheric ניתן כמעט לחסל.טכניקה זו היא תרגול סטנדרטי ביישומים גיאודוקטיים בעלי שיעור גבוה, ויכול להסיר יותר מ 99.9% של אפקט ionospheric.

פתרונות GPS ורשת

זה נקרא GPS שונים (DGPS) DGPS נכון גם עבור מקורות חשובים אחרים של שגיאות GPS, במיוחד עיכוב ionospheric, כך זה ממשיך להיות בשימוש נרחב. הגישה השונה עובדת על ידי הקמת תחנות התייחסות אחת או יותר במקומות ידועים בדיוק. תחנות אלה למדוד שגיאות GPS בזמן אמת ולהעביר תיקונים למשתמשים הסמוכים.

הפצת אות GPS מושפעת באופן משמעותי על ידי נסיעות דרך האווירה, שגיאות כאלה הן אחד הגורמים העיקריים של ה- GPS שגיאה כי מערכת הרחבה של שטח (WAAS) ומערכות אחרות מבוססות לוויין (SBAS) נכון עבור. WAAS לתקן את זה על ידי קביעת האופן שבו האווירה היא בין היתר באזור, ולאחר מכן מתן נתונים בזמן תיקון אמיתי ל- WAASSBAS) באמצעות מקלטים משלה.

פתרונות מבוססי רשת מרחיבים את הרעיון הזה באמצעות תחנות התייחסות מרובות המופצות על פני אזור.רשתות אלה יכולות לעצב וריאציות מרחביות בעיכובים אטמוספריים ושגיאות שיטתיות אחרות, המספקות תיקונים משופרים ברחבי אזור הכיסוי.

המונחים: point Positioning

מיקום נקודת ה-PPP מייצג גישה חלופית אשר משיגה דיוק גבוה באמצעות מקלט יחיד על ידי יישום מסלול לוויין מדויק ומוצרי שעון יחד עם מודלים טעימים מתוחכמת.PPP מבטלת את הצורך בתחנות התייחסות סמוכות, אך דורש מודלים זהירים של כל מקורות השגיאה השיטתית.

זה יאפשר לחוקרים PPP להבין אילו גדלים וסוגים של שגיאות שאריות הם נסבלים להתקיים בשלב המוביל ומדידות פסאודודור, תוך כדי קבלת האווירה של PPP נפתרה כראוי.הצלחת PPP תלויה באופן ביקורתי בשגיאה שיטתית מדויקת מודלים ותיקון.

אסטרטגיות אופטימיזציה

תכנון קפדני של מפגשים תצפית GPS יכול למזער שגיאות שיטתיות מסוימות.עם זאת, מומלץ להגביל את התצפיות GPS אותות מעל 15o או כך כדי ללמל את ההשפעות של עיכוב אטמוספירי.

משך ההתבוננות משפיע גם על הפחתה שיטתית של מוטציות .פגישות תצפית ארוכות יותר מאפשרות שילוב של שגיאות של זמן-המשך ושיפור היכולת לפתור ambiguities in Carrier במדכאות שלב נושא.

אסטרטגיות Multipath Mitigation

הקטנת שגיאות מרובותפת דורש תשומת לב הן בחירת האתר והן עיצוב אנטנה.בחירת אתרי תצפית הרחק משטחים רפלקטיביים, באמצעות מטוסים קרקעיים או אנאנטנות טבעת חנוק, וטכניקות עיבוד אותות יכול לעזור למזער השפעות רב-אופטיות.

מקלטים מתקדמים מעסיקים אלגוריתמי עיבוד אותות מתוחכמות כדי לזהות ולעצור תצפיות מרובות-קונפלות.חלק מהמערכות משתמשות במספר רב של קורטורים או לולאות מעקב מיוחדות שנועדו להפלות בין אותות ישירים ומשתקפים.

תחזוקה ותחזוקת ציוד

החלת קבוע של ציוד GPS חיוני למזער שגיאות שיטתיות הקשורות למקבל. ⁇ מרכז מרכז אנטנה יש ליישם כדי להסביר וריאציות במרכז שלב החשמלי עם כיוון אותות.

עבור רשתות גיאודוקטיות, שמירה על ציוד עקבי וגרסאות קושחה בתחנות יכולות להפחית הבדלים שיטתיים בין אתרים.כאשר שינויים בציוד הם הכרחיים, תיעוד זהיר וניתוח של הפסקות פוטנציאליות בסדרת זמן עמדה חשוב.

מודלים של גישות לתיקון שגיאות שיטתיות

מודל שגיאות GPS הוא תהליך של הערכת ותיקון ההשפעות של שגיאות על הנתונים הגיאולוגיים.יש שתי גישות עיקריות למודל שגיאות GPS: מודלים אמפיריים וסטוצ'יסטיים משתמשים בנוסחאות מתמטיות או טבלאות כדי לתאר את ההתנהגות הצפויה של שגיאות בהתבסס על עקרונות פיזיים או תצפיות.

מודלים אמפיריים

מודלים אמפיריים שימושיים לצמצום שגיאות שיטתיות שיש להן דפוס ידוע או צפוי.מודלים אלה מבוססים על הבנה פיזית של מקורות שגיאה ושימוש במערכות יחסים מתמטיות כדי לחזות גודלי שגיאות בתנאים שונים.

לדוגמה, שגיאות לוויין ניתן להפחית באמצעות שידור או phemeris מדויק ותיקון שעון המסופק על ידי ספקי שירות GPS או סוכנויות אחרות. שגיאות תעמולה ניתן להפחית באמצעות מודלים אטמוספיריים סטנדרטיים או משתנים אשר אחראים ללחץ, טמפרטורה, לחות, ותנאים ionospheric לאורך נתיב האות.

מודלים אמפיריים נפוצים כוללים את דגמי סאסטומבן או הופפילד לעיכוב סטרופוטפרי, מודל Klobuchar עבור עיכוב ionospheric, ופונקציות מיפוי שונות המתייחסות לעיכובים zenithיים לעיכובים מזחלות בזוויתיות של גובה שונות.

מודלים גנובים

מודלים סטוצ'יים שימושיים לצמצום שגיאות אקראיות שיש להן דפוס לא ידוע או בלתי צפוי.לדוגמה, שגיאות מרובותפת יכולות להיות מופחתות על ידי שימוש בטכניקות משקל תלויות גובה או סינון אשר להקצות משקל נמוך יותר או שחלות גבוהות יותר לסימנים עם זוויות גבהים נמוכות יותר או אורכו של נתיבים ארוכים יותר.

מודלים סטוצ'סטיים כרוכים להקצות משקולות מתאימות לתצפיות בהתבסס על הדיוק הצפוי שלהם.תצפיות מלוויינים בעלי משקל נמוך עלולות לקבל משקולות נמוכות יותר עקב השפעות אטמוספריות גבוהות יותר ותצפיות בשלב נשאיות בדרך כלל לקבל משקל גבוה יותר מאשר תצפיות קוד עקב הדיוק העליון שלהם.

מודלים סמי-Parametric והתאמה

לאחרונה, הוצעו כמה גישות להפחית את ההשפעה של שגיאות שיטתיות על תוצאות מיקום GPS: המודל ה- פרמטר למחצה, השימוש בגלטונים ומתודולוגיות דוגמטיות מתקדמות אלה מנסה ללכוד דפוסי שגיאה שיטתיים שאינם מיוצגים היטב על ידי מודלים מסורתיים.

מודלים סמי-פרמטריים משלבים פרמטרים חקוניים עם פונקציות גמישות שיכולים להסתגל לדפוסי שגיאה צפוניים.גישה זו מועילה במיוחד לדגימה אפקטים ספציפיים של האתר כגון רבפתאט שחוזרים על הגיאומטריה של הלוויין.

שיקולים מיוחדים לגיאודיזיה גבוהה

יישומים הדורשים דיוק ברמת מילימטר חייבים לטפל אפילו מקורות שגיאה שיטתיים עדינים שעשויים להיות רשלניים עבור יישומים פחות תובעניים.

תוצאות נוספות של הזמנה Ionospheric

באמצעות שני מדידות שלב או קוד שונים, החלק הגדול ביותר של טעות ionospheric, הנקרא סדר ראשון, ניתן להסיר מן המשוואה.עם זאת, השני והשלישי של טעות ionospheric בדרך כלל מוזנחים במחקרים.עם הטכנולוגיה המתקדמת והצורך של יישומי גנואס מדויקים כגון מיקום או פרמטר אטמוספירפרי, ההשפעות cysopheric (HOI) על אותות GNSS כבר לא ניתן לצר יותר.

תוצאות מראות כי אפקטים HOI הם עד 6 מ"מ על עיכוב zenith tropospheric (ZTD), 4 מ"מ על צפון-דרום (NS) ⁇ ו 12 מ"מ על מזרח-מערב (EW) ⁇ במהלך תקופה זו, אבל יכול להגיע מעל 30 מ"מ בעיכובים סטרוטרופיים מזחלים.

השפעות לגיטימיות

כללי ואפקטים הקשורים מיוחדים גורמים הבדלים שיטתיים בין שעונים מבוססי קרקעיים.במקרה של GPS, המקלטים קרובים יותר למרכז כדור הארץ מאשר הלוויינים, מה שגורם לשעון בגובה הלוויין להיות מהיר יותר על ידי גורם של 5×10-10-10, או בערך +45.8 מיקרו/יום זה שינוי תדר כבידה הוא מדייר.

בשילוב, מקורות אלה של דילול זמן גורמים לשעוןים על הלוויינים לצבור 38.6 מיקרו-שניות ליום ביחס לשעון על הקרקע. בעוד מקלטי GPS אחראים באופן אוטומטי להשפעות אלה באמצעות תיקונים בשעון, הבנת השפעות הקשורות לתועלתיות חשובה לפיתוח ולאימות אלגוריתמים מדויקים של מיקום.

מרכז אנטנה שלב משתנה

מרכז שלב של אנטנה GPS - הנקודה היעילה שממנו האותות מתקבלים - varies עם הכיוון של אותות נכנסים ואת תדירות האות. עבור יישומים גיאואדטיים, קלורי אנטנה בודדים מבוצעים לעתים קרובות כדי לאפיין את הווריאציות האלה בדיוק.

כדור הארץ מוצאי ואוקיינוס מטען

עבור היישומים הדיוקניים הגבוהים ביותר, אפילו את העיוות של קרום כדור הארץ בשל כוחות tidal יש לשקול. Solid Earth גאוות יכול לגרום עקירות אנכיות של עד 30 ס"מ ועקירות אופקיות של כמה ס"מ.אפקטים של טעינה האוקיינוס, הנגרמים על ידי משקל של המוני מים רזים, יכול להוסיף כמה סנטימטרים נוספים של עקירה באזורי החוף.

בקרת איכות ואימות

הפחתה שיטתית יעילה דורשת הליכים בקרת איכות חזקים כדי לאמת כי תיקונים פועלים כמתוכנן, ולזהות כל הטיה שנותרה.

מדדי איכות נתונים

מקלטי GPS מודרניים ותוכנות עיבוד מספקים אינדיקטורים איכותיים שונים המסייעים להעריך איכות נתונים וזיהוי שגיאות שיטתיות פוטנציאליות.אלה כוללים אמצעים של גאומטריה לווינית (דילול דיוק), כוח אות, זיהוי מחזורי וגודלי מגורים.

מעקב אחר האינדיקטורים האלה בכל איסוף הנתונים והעיבוד מסייע לזהות בעיות מוקדם ומבטיח שאסטרטגיות הפחתה שיטתית יעילות.

המונחים: Independentation

השוואת תוצאות GPS עם מדידות עצמאיות מספקת אימות יקר של תיקונים מתודולוגיים שגיאה.זה עשוי לכלול השוואה עם מדידות סקר ארצי, אינטרפרומטריה בסיסית ארוכה מאוד (VLBI), לייזר לוויין (SLR), או טכניקות גיאודוקטיות אחרות.

עבור ניטור עיוות קרום, השוואת מהירויות של GPS-דריביות עם ציפיות גיאולוגיות או נתונים גיאופיזיקה אחרים יכולים לעזור לאמת כי שגיאות שיטתיות טופלו כראוי.

ניתוח זמן

סדרה של זמן מיקום לאורך תקופות ארוכות מסייעת לזהות שגיאות שיטתיות שאולי לא ניתן לראותן בפגישות תצפית בודדות.ריאציות עונתיות, סחף ארוך טווח, או קורלציה עם פרמטרים סביבתיים יכולים להצביע על הטיה שיטתית שנותרה.

טכניקות ניתוח ספציפיות יכולות לחשוף אותות תקופתיים שעלולים לגרום לאפקטים רב-אופטימיים, או מקורות שגיאה שיטתיים אחרים.הבנת דפוסים אלה מאפשרת פיתוח אסטרטגיות תיקון משופרות.

אתגרים וכיוונים עתידיים

מודלים של GPS שגיאות בסקרים גיאו-גנטיים מציבים מספר אתגרים ודורשים פתרונות שונים.חלק מהאתגרים הם: בחירת המודלים והשיטות המתאימים לסוגים שונים של שגיאות ויישומים; אימות ועדכון המודלים והשיטות המבוססים על נתונים חדשים ומידע; לכמת ולדווח את הדיוק והודאות של הנתונים הגיאולוגיים והמודלים; ושילוב ופגיעה בנתונים הגיאו-גנטיים ממקורות שונים.

שיקולים Multi-GNSS

הזמינות הנוכחית של מספר קבוצות לווייניות, כלומר GPS, גלילאו, GLONASS ו- BeiDou, מאפשרת לחקור ולאפיון את השגיאות השיטתיות המסוימות לכל קבוצה והמנגנונים המעורבים ב-GNSS, לכל קבוצה יש מאפיינים ייחודיים המשפיעים על התנהגות שיטתית.

שילוב תצפיות מקבוצות קבוצות קבוצות GNSS מרובות יכול לשפר את הדיוק והאמינות של מיקום, אבל זה גם מציג אתגרים חדשים. הטיה בין-מערכתית, מבני אותות שונים, שגיאות שיטתיות ספציפיות של קבוצות כוכבים חייב להיות מודל כראוי וחשב עבור.

Machine Learning Accesss

טכניקות למידה מכונה מתפתחות מציעות אפשרויות חדשות עבור שגיאות שיטתיות מודלים והפחתה. רשתות נילי ואלגוריתמים אחרים יכולים ללמוד דפוסי שגיאה מורכבים ממאגרי נתונים גדולים ועלולים לזהות השפעות שיטתיות שקשה לדגמן עם גישות מסורתיות.

טכניקות אלה מראות הבטחה מיוחדת לדגימה אפקטים ספציפיים של האתר כמו רב-פתים ושיפור תחזיות עיכוב אטמוספירי על ידי שילוב מקורות נתונים סביבתיים מגוונים.

יישומים בזמן אמת

ככל שהביקוש גדל לקביעת זמן אמת גבוהה, פיתוח אלגוריתמים יעילים לתיקון שגיאות שיטתי בזמן אמת הופך חשוב יותר ויותר.זה דורש איזון יעילות חישובית עם דיוק ופיתוח שיטות חזקות שעובדות באופן אמין בתנאים שונים.

גישות חלליות וטכניקות סינון קלמן מאפשרות הערכה בזמן אמת של פרמטרים של שגיאות שיטתיות, אך כוונון זהיר נדרש כדי להשיג ביצועים אופטימליים.

המלצות מעשיות ל- GPS Geodesy

בהתבסס על הבנת שגיאות שיטתיות וההתמדה שלהם, כמה המלצות מעשיות יכולות לעזור להבטיח מדידות גיאודוקטיות באיכות גבוהה.

בחירת ציוד

בחרו מקלטי GPS ואנטנות המתאימות לרמת הדיוק הנדרשת.עבור עבודה גיאודוקטית גבוהה, ספאם- ⁇ או מקלטים רב- ⁇ הם הכרחיים.אנטנות ברמה גיאוגנטית עם קליברציות מרכז ידוע צריך לשמש, ואנטנות טבעת חנוק עשוי להיות מועיל בסביבות רב-פרון.

אתר האינטרנט ועיצוב האנדרטה

אתרי תצפית נבחרים עם חשיפה השמיים צלולים ומשטחים רפלקטיביים מינימליים בקרבת מקום להימנע ממיקומים ליד בניינים גדולים, גופי מים, או מקורות פוטנציאליים אחרים של השתקפות אותות.וודא מונומנטים יציבים ומוכנים היטב כדי לאפשר ניטור לטווח ארוך.

תכנון

מפגשים תצפית התוכנית כדי להבטיח כיסוי לווייני הולם וגיאומטריה. השתמש בזווית חיתוך גובה נאותה (בדרך כלל 10-15 מעלות) כדי לאזן הפחתה אטמוספירית של שגיאות הפחתה עם זמינות לווינית. עבור יישומים סטטיים, לצפות למשך זמן מספיק כדי לאפשר שילוב של שגיאות זמן.

עיבוד נתונים

החל מודלים מתאימים לכל מקורות שגיאה שיטתית משמעותיים. השתמש במסלול לוויין מדויק ומוצרים לשעון עבור יישומים מעובדים. יישום תיקונים ionospheric כפול ומודלים סטרוטרופיים מתוחכמת.

מסמכים ו- Metadata

שמור רשומות מפורטות של ציוד, תנאי תצפית, ותהליכי עיבוד.מעד כל שינוי בציוד, שינויים באתר או תנאים יוצאי דופן שעשויים להשפיע על המדידות. metadata זה חיוני לפרשנות תוצאות וזיהוי שגיאות שיטתיות פוטנציאליות.

שילוב עם טכניקות גיאוגנטיות אחרות

GPS גיאודסי הוא החזק ביותר כאשר משולב עם טכניקות גיאודוקטיות משלימים.מאוד לונג בסיס אינטרפרומטריה (VLBI) מספק מדידות עצמאיות של אוריינטציה כדור הארץ ויכול לאמת את מימושי מסגרות ההתייחסות של GPS. Satellite Ranging (SLR) מציע אימות מסלול לווייני עצמאי ויכול לעזור לזהות שגיאות שיטתיות ספציפיות GPS.

טכניקות סקרים טרנזיאליות, כולל מדידות מיקום ותחנות הכוללות, מספקות אימות מקומי יקר של תוצאות GPS.InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) יכול להשלים GPS למדידת עיוות פני השטח על פני אזורים גדולים.

על ידי שילוב של טכניקות מרובות, גיאדסיסטים יכולים לעבור תוצאות, לזהות שגיאות שיטתיות ספציפיות לטכניקות בודדות, ולפתח פתרונות חזקים ומדויקים יותר.

יישומים נוספים: Requiring Rigorous Systematic Error control

מספר יישומים גיאודוקטיים דורשים בקרת שגיאות שיטתיות קפדנית במיוחד בשל חשיבותם המדעית או המעשית.

המונחים: crstal Deformation Monitoring

מעקב אחר תנועת הצלחת טקטונית, עיוות געשי, ותנועות קרום הקשורות לרעיד אדמה דורש דיוק ברמה של מילימטר לאורך תקופות ארוכות. שגיאות שיטתיות שעשויות להיות מקובלות על ניווט יכולות לטשטש לחלוטין את אותות גיאופיזיים של עניין.תשומת לב קפדנית לציוד, עיצוב מונומנט, עיבוד עקבי הוא חיוני.

Sea Level Studies

מדידות GPS בתחנות מד גיאות מסייעות ליציאה יבשת אנכית נפרדת משינוי ברמת הים האמיתית.מאז עליית פני הים הם רק כמה מ"מ בשנה, אפילו שגיאות שיטתיות קטנות בעמדה אנכית יכולות להשפיע באופן משמעותי על התוצאות.

המונחים: spaceization

הקמת ושמירה על מסגרות התייחסות גיאודוקטיות דורשות את הרמה הגבוהה ביותר של דיוק ויציבות ארוכת טווח.רשתות גלובליות של תחנות GPS חייבות להיות מעובדות באופן עקבי עם שגיאות שיטתיות קפדניות המתמנות כדי להשיג את הדיוק התת-מילימטרי הדרוש להגדרה של מסגרת ההתייחסות.

לימודי אטמוספרי

GPS יכול לשמש כדי להעריך תוכן מים אטמוספירי ולחקור מבנה ionospheric. יישומים אלה דורשים הפרדה זהירה של השפעות אטמוספיריות משגיאות שיטתיות אחרות. הפרמטרים האטמוספריים עצמם הופכים לפלט הרצוי ולא מקורות שגיאה כדי לחסל.

משאבים ולמידה נוספת

עבור אלה המבקשים להעמיק את הבנתם של שגיאות שיטתיות GPS וגיאודות, משאבים רבים זמינים.שירות GNSS הבינלאומי (IGS) מספק מסלול לוויין מדויק ומוצרי שעונים, מודלים אטמוספריים, ותיעוד נרחב. ארגונים מקצועיים כגון האיחוד הגיאולוגי האמריקאי ואגודת המחקר הבין-לאומית של Geodesy לפרסם על מודל שגיאות GPS והפחתה.

קורסים באוניברסיטה בגיאודות ובידור לווייני מספקים הזדמנויות למידה מובנים.מקורות מקוונים מארגונים כמו FLT:0 (Penn State Department of GeocioFLT:1) מציעים מבואים נגישים למושגים GPS ו-GNSS.

חבילות תוכנה כגון GAMIT/GLOBK, Bernese GNSS Software ו- GIPSY-OASIS מאפשרות עיבוד נתונים מתוחכמות של GPS באמצעות שגיאות שיטתיות מתקדמות, למידה לשימוש בכלים אלה, דורשת הבנה של מקורות השגיאה הבסיסית ואסטרטגיות תיקון.

מסקנה

שגיאות שיטתיות מייצגות את אחד האתגרים הבסיסיים בגיאודות GPS, אבל הם גם בין שגיאות אקראיות ביותר.בניגוד שגיאות אקראיות, שגיאות שיטתיות עוקבות אחר דפוסים צפויים שניתן יהיה מודל, נמדד, ותיקון באמצעות טכניקות מתאימות.הצלחה בגיאודות GPS גבוהה דיוק תלוי בהבנת מקורות הפיזיים של שגיאות שיטתיות, יישום מודלים מתאימים לתיקון וליישם הליכים שליטה איכותיים.

התחום ממשיך להתפתח כקונסטלציות חדשות של GNSS להיות זמין, אלגוריתמי עיבוד משתפרים, ויישומים דורשים דיוק גבוה יותר אי פעם. חלק מהטעויות ניתן למזער על ידי אימוץ טכניקות תצפית מתאימות בעוד שאחרים יכולים להיות מסולקים באמצעות מודלים מתאימים.כדי לאמץ מערכת מתאימה, חשוב כי מקורות שגיאות במערכת ואפקט שלהם מובנים כראוי על הטבע ועל המאפיינים של שגיאות, מודלים מתאימים ניתן להשיג דיוק הרצוי ולהשיג דיוק הרצוי.

על ידי שילוב תכנון תצפית זהיר, בחירת ציוד מתאים, עיבוד נתונים מתוחכם, ובקרת איכות קפדנית, גיאדסיסטים יכולים להשיג דיוק מיקום מדהים. הגישה השיטתית לזיהוי, חישוב, וצמצום שגיאות שיטתיות הופכת את ה-GPS ממכשיר ניווט למכשיר מדעי מדויק המסוגל למדוד תנועות קרומטר ברמת קרום, ניטור רמת הים, ותרומה להבנתנו של המערכת כדור הארץ.

ככל שהטכנולוגיה מתקדמת וההבנה שלנו מעמיקת, היכולת לשלוט בשגיאות שיטתיות תמשיך לשפר, לאפשר יישומים חדשים ותגליות מדעיות.העקרונות והטכניקות שנדונו במאמר זה מספקים בסיס לכל מי שעובד עם ג'אודי כדי להשיג תוצאות אמינות, בעלות דיוק גבוה.