W zastosowaniach naukowych precyzyjne pozycjonowanie jest niezbędne do realizacji geodezyjnych układów odniesienia, wyznaczania położenia środka masy Ziemi, badania deformacji skorupy ziemskiej, ruchów płyt tektonicznych, tektonicznych ruchów wewnątrz płytowych, monitorowania i prognozowania trzęsień ziemi oraz erupcji wulkanicznych, generowania skali czasu czy badania atmosfery.

GDZIE NIE DOCIERA SYGNAŁ SATELITARNY

Coraz większy wpływ europejskiego systemu Galileo na dokładność metod pozycjonowania obserwują naukowcy z Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji Wojskowej Akademii Technicznej. Doktorant Damian Kiliszek i dr hab. inż. Krzysztof Kroszczyński wyjaśniają, że współdziałanie kilku systemów pozycjonowania jest konieczne, aby zwiększyć możliwość zastosowania urządzeń do nawigacji.

Współpraca wielu systemów jest ważna w trudnych warunkach obserwacyjnych. Takie warunki występują m.in. na terenach miejskiej zabudowy, w centrach miast i w obszarach zadrzewionych – gdzie tworzą się kaniony, do których dociera sygnał z niewielu satelitów.

Metody pozycjonowania z wykorzystaniem Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej rozwijają się bardzo intensywnie od ponad 10 lat. Powszechnie znany GPS to amerykański system stworzony wiele lat temu. Na takiej samej zasadzie działa drugi w pełni operacyjny rosyjski system GLONASS oraz nowo powstające: europejski GALILEO i chiński BDS – choć ich funkcjonowanie warunkują inne satelity, na różnych wysokościach. Zarówno system GPS jak i GLONASS przechodzą obecnie modernizację, a Galileo i BDS są bliskie osiągnięcia pełnej zdolności operacyjnej, dzięki czemu rośnie liczba dostępnych satelitów i dokładność pozycjonowania.

BŁĘDY PRZY PRZECHODZENIU PRZEZ ATMOSFERĘ

Sygnał wysyłany przez satelitę doznaje różnych błędów, a naukowcy stosują różne metody ich eliminowania. Najczęściej stosowaną metodą są pomiary różnicowe. Pomiary te wymagają sieci stacji referencyjnych o znanych współrzędnych. Nawiązanie pomiarów na stacje referencyjne pozwala na różnicowanie obserwacji, dzięki czemu istnieje możliwość zredukowania liczby błędów. W ostatnich latach upowszechniła się inna metoda, zwana absolutną i określana skrótem PPP (ang. Precise Point Positioning). W tej metodzie nie trzeba nawiązywać połączenia z żadną inną stacją, można wykonać pomiary za pomocą jednego odbiornika.

Każda z metod ma swoje wady i zalety. W metodzie różnicowej od razu otrzymywany jest wynik z wysoką dokładnością, w metodzie absolutnej trzeba odczekać pewien czas (czas zbieżności), zanim pewne elementy się odpowiednio skorelują, aby ustalić dokładną pozycję. Metoda absolutna z kolei nie wymaga żadnych połączeń sieciowych, w tym internetowych i na wynik nie przenoszą się błędy stacji nawiązania. Metoda PPP jest adekwatna dla pomiarów, które wykorzystują więcej niż jeden system GNSS.

KAŻDY SYSTEM Z OSOBNA I WSZYSTKIE RAZEM MAJĄ CHARAKTER GLOBALNY

„Jeśli do obliczeń wykorzystuje się jednocześnie systemy GPS, GLONASS oraz Galileo, wówczas zwiększa to liczbę obserwowanych satelitów, poprawia geometrię i zwiększa liczbę dostępnych sygnałów. Wszystko to przekłada się na większą dokładność pomiarów oraz skraca czas zbieżności pozycjonowania” - podsumowują Damian Kiliszek i dr hab. inż. Kroszczyński.

Dokładne wyniki swoich badań naukowcy opisali w czasopiśmie „Measurement”. Wynika z nich, że szczególny wpływ na poprawę otrzymanych wyników miał rozwój systemu Galileo, lecz nadal największy wpływ na dokładność pozycjonowania multi-GNSS ma system GPS. System Galileo pozwala już na wyznaczenie pozycji w każdym miejscu na Ziemi, wyniki otrzymane w 2019 r. są o 50 proc. lepsze niż te z 2017 r.

Artykuł źródłowy: „Performance of the precise point positioning method along with the development of GPS, GLONASS and Galileo systems" można znaleźć tutaj: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108009

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ ekr/