أكثر

دقة GPS و HDOP

دقة GPS و HDOP


بالنظر إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المحمول بدقة مترين تقريبًا (تم التحقق منه من خلال الاختبارات الميدانية) وملاحظة مع HDOP 1.2 ، يجب أن تكون دقة تلك الملاحظة ضمن مترين X 1.2 من الوضع الأفقي الفعلي ، أليس كذلك؟ أين يمكنني العثور على توثيق لكيفية عمل ذلك؟ هذا هو التوثيق الذي يوضح دقة الجهاز المبلغ عنها مضروبة في HDOP مما ينتج عنه دقة أفقية.


يربط DOP خطأ نطاق المستخدم (URE) إلى خطأ إحداثيات الموقع (PCE):

PCE = URE * DOP

يبدو أنك حددت بالفعل كلاً من PCE (2 م) و HDOP (1.2). اليسار المجهول الوحيد هو URE ، وهذه الحالة تساوي URE = HPCE / HDOP = 1.67 م.

الآن مع وجود هذه المعلومات في متناول اليد ، يمكنك افتراض أن URE لن يتغير ، ثم توقع PCE ذي الأهمية في ضوء تنبؤات DOP ، كما هو موضح في برنامج تخطيط مسح GPS.


كيف تقوم أنظمة الملاحة GPS الخاصة بالطيران بالإبلاغ عن دقة GPS؟

أثناء البحث في برنامج تعليمي حول كيفية تشغيل Garmin GNS430 ، لم أتمكن من العثور على أي معلومات حول كيفية قيام الجهاز بالإبلاغ عن إشارة دقة منخفضة أو منخفضة. ما هي متطلبات الدقة لأنظمة الملاحة الجوية GPS وكيف هي مطلوبة لتنبيه المستخدم في حالة انخفاض الدقة؟

لا أسأل هنا على وجه التحديد عن RAIM ، حيث أعتقد أنه مصمم في الغالب لتحديد قمر صناعي معطل أو إشارة مخترقة. مثال على ذلك هو بعض الظروف الجوية التي تقلل دقة الموقع إلى 1/4 ميل أو أقل.


5.2 قائمة تدقيق

قائمة المراجعة التالية مخصصة لطلاب ولاية بنسلفانيا المسجلين في الفصول التي تم فيها تعيين هذا النص والاختبارات والمشاريع المرتبطة به في نظام إدارة الدورات التدريبية في ANGEL. قد تجد أنه من المفيد طباعة هذه الصفحة أولاً حتى تتمكن من متابعة الإرشادات.

  • المواقف الأفقية
  • المواقف العمودية
  • مكونات GPS
  • مصادر خطأ GPS
  • تصحيح خطأ GPS
  • استخدم التثليث لتحديد موضع نقطة في شبكة التحكم
  • تحقق من حالة كوكبة القمر الصناعي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
  • تصور مواقع ومدارات أقمار GPS الصناعية
  • خذ البرنامج التعليمي Trimble GPS
  • قم بتنزيل واستكشاف برنامج Trimble GPS Planning
  • إجراء تصحيح تفاضلي لإحداثيات GPS

مقدمة

يتزايد استخدام أدوات دعم القرار لإدارة موارد الأراضي ووضع سياسة استخدام الأراضي (Armstrong وآخرون. 1997 أ ، ب ويبر وآخرون. 1998). تتطلب هذه الأدوات معلومات دقيقة عن مواقع الرعي ، واستخدام الغطاء النباتي وتوافر المجتمعات النباتية (Hester & Baillie 1998 Hester وآخرون. 1998) ، والتي تعتبر أساسية لفهم سلوك البحث عن العواشب الطليقة (Gordon 1995). بدون هذه المعلومات ، قد يتم قبول الفرضيات أو رفضها بشكل خاطئ ، مما يؤدي إلى قرارات سيئة بشأن استخدام الأراضي. ومع ذلك ، فإن جمع البيانات السلوكية من الحيوانات الفردية عن طريق الملاحظة المباشرة أمر صعب لأن نسبة كبيرة من البحث اليومي عن العلف تحدث بين الغسق والفجر أو بعيدًا عن أنظار المراقب (Hulbert وآخرون. 1996 ماكونيل وآخرون. 1999) ، بينما يعد التخطيط الدقيق في التضاريس الخالية من السمات أمرًا مستحيلًا (Gooding وآخرون. 1997). يوفر تطبيق نظام تحديد المواقع العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية (GPS) للحصول على معلومات دقيقة عن الموقع فرصة ممتازة للتغلب على العديد من المشكلات المرتبطة بتقنيات القياس الراديوي التقليدي أو رسم الخرائط (Harris وآخرون. 1990 جودينج وآخرون. 1997 ).

الدقة المحتملة لمواقع GPS تعتبر & lt 1 m (Capaccio وآخرون. 1997) ولكن ، حتى مايو 2000 ، تم تقليل دقتها من خلال عملية تعرف باسم التوافر الانتقائي (SA) ، حيث تم إحداث أخطاء في الإشارة عن قصد من قبل وزارة الدفاع الأمريكية (Hurn 1989). وبالتالي ، فقد تم استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير المصحح أو نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (Morgan-Owen & Johnston 1995) بشكل تقليدي في رسم الخرائط أو دراسات الحياة البرية (Moen وآخرون. 1996 Edenius 1997 Moen، Pastor & Cohen 1997 Rempel & Rodgers 1997 Webster & Cardina 1997). كان خطأ موقع GPS غير المصحح بين 20 مترًا و 80 مترًا (Rempel وآخرون. 1995 Rempel & Rodgers 1997 Brøseth & Pederesen 2000) ، ولكن يمكن تحسينها من خلال إنشاء محطة مرجعية في موقع معروف يعمل بالتزامن مع مستقبل GPS المتجول. المعروف باسم GPS التفاضلي ، سجلت كل من المحطة المرجعية والوحدة المتنقلة أخطاء في الوقت ومن ثم المسافة (الزائفة) بين مستقبل GPS ومن جميع الأقمار الصناعية المرئية. باستخدام البيانات المسجلة في المحطة المرجعية ، يمكن تصحيح الخطأ في الموقع في الوحدة المتنقلة وإزالة SA بالكامل تقريبًا من وحدة GPS المتجولة. تفاوت خطأ موقع نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي الذي تمت معالجته بعد ذلك بين 4 أمتار و 8 أمتار (Rempel & Rodgers 1997 Moen، Pastor & Cohen 1997).

يمكن لتقنية بديلة ، باستخدام التصحيح بعد المعالجة للخطأ المكاني وتخزين المواقع التي تم حلها المؤرخة والموقوتة باستخدام معلومات من جميع الأقمار الصناعية المرئية ، تقليل التعقيد التحليلي والمساعدة في تصغير وحدات GPS لدراسات الحياة البرية. يتم إنشاء محطة مرجعية في موقع ثابت معروف ، ويتم تسجيل الاختلافات المكانية بين موقع GPS المسجل في المحطة المرجعية وموقعها الحقيقي المعروف. يتم بعد ذلك إزالة الخطأ المستوي الناتج المسجل في المحطة المرجعية في تاريخ لاحق من بيانات الموقع المستلمة في الأوقات المقابلة بواسطة وحدة GPS المتجولة (Caesar وآخرون. 1999). إحدى المزايا الأخرى لهذه العملية ، المعروفة باسم GPS النسبي (rGPS) ، هي أنه يمكن حساب خطأ الأداة وخطأ الموقع وخطأ مسار الإشارة (Rockwell 1996). لا يتم إنشاء أي من هذه الأخطاء بواسطة SA وبالتالي لا يتم أخذها في الاعتبار عند اشتقاق موقع باستخدام GPS غير مصحح أو تفاضلي.

لقد أوضحنا كيف يمكن معالجة البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة rGPS. لقد قمنا بفحص ومقارنة الدقة (القرب من الموقع الحقيقي) والدقة (نسبة المواقع ضمن كمية محددة مسبقًا) (Hulbert ، تحت الطبع) لنظام GPS مع تمكين SA. تم جمع بيانات الموقع في موقع ثابت معروف في بيئة جبلية مفتوحة مع رؤية واضحة غير متقطعة للسماء ، لتمكين إنشاء معلومات أساسية يمكن مقارنة دراسات أخرى على أساسها. تم تكرار التجربة من عدة مواقع معروفة داخل نفس المناظر الطبيعية الجبلية المفتوحة ، وكرر بشكل أساسي الظروف التي مرت بها وحدة GPS المجهزة لحيوان متوسط ​​الحجم أو تستخدم للمسح السريع. في الواقع ، ربما يعطي هذا الاختبار الثاني تقييمًا أكثر واقعية للأداء المتوقع في تطبيقات القياس عن بعد أو رسم الخرائط للحياة البرية.

من الساعة 05.00 بتوقيت جرينتش في 2 مايو 2000 ، تم إيقاف SA ، على الرغم من أنه لا يزال من الممكن إعادة تمكينها من قبل وزارة الدفاع الأمريكية في أوقات الأزمات حتى عام 2006 (Lawler 2000). لذلك ، قمنا بفحص التحسن في الدقة بدون SA واختبرنا ما إذا كان لا يزال من الممكن اعتبار استخدام rGPS كأداة صالحة لزيادة تحسين دقة ودقة GPS. كان هدفنا هو إنتاج تقييم كمي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للقياس عن بُعد للحياة البرية وتطبيقات رسم الخرائط لاستخدامها في البحوث البيئية التطبيقية.


1 إجابة 1

يمكن أن يكون HDOP أقل من 1 وفقًا لهذه المقالة .. لست خبيرًا في هذا المجال ، ولكن وفقًا للمقال ، فإن HDOP = 1 يعتمد على 4 أقمار صناعية للرؤية والاستخدام من أكثر من 4 أقمار صناعية يمكن أن تقلل HDOP إلى ما دون هذا الحد. عندما تفكر في الأمر ، هذا منطقي.

تحدد مواصفات GPS الدقة الكامنة في ملف حل الموقف من خلال أخطاء التوقيت والتقلبات في انتشار الترددات اللاسلكية عبر غلافنا الجوي. تخيل رسم متجه من قمر صناعي لنظام GPS إلى جهاز الاستقبال الخاص بك. يمثل طول هذا المتجه المسافة من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال الخاص بك ، لكننا نعتمد عليه توقيت الإشارة ل المخاطر المسافة / حجم المتجه. بعبارة أخرى ، لا يمكننا قياس المسافة إلا بدقة بقدر ما نستطيع قياس الوقت.

فكر الآن في دقة حل الموضع بناءً على قمر صناعي واحد. إذا افترضنا أن جهاز الاستقبال محصور على سطح الأرض (والقمر الصناعي هو ثابت بالنسبة للأرض) ، المتجه الوحيد للطول L1 سوف تتقاطع مع سطح الأرض وتشكل دائرة. يمكن أن يكون موضعك في أي مكان في تلك الدائرة - والتي يمكن أن تكون نطاقًا كبيرًا من القيم!

تخيل الآن قمرًا صناعيًا ثانيًا ، متجهًا ثانيًا للطول L2 تتبع دائرة ثانية. الآن وضعك مقيد ليكون تلك النقاط التي تتقاطع فيها الدائرتان - نقطتان! مع قمر صناعي ثالث ، متجه ثالث للطول L3، سيتم حذف إحدى هاتين النقطتين.

الآن استبدل هذه الخطوط الحادة بشرائط أو مساحات من بعض العرض د. في هذه الحالة ، يصف التقاطع مضلعًا بدلاً من نقطة. نحن نعلم أن موقعنا داخل المضلع ، ولكن مع وجود ثلاثة أقمار صناعية فقط ، فهذا هو أفضل ما يمكننا فعله.

كما ترى ، فإن إضافة المزيد من الأقمار الصناعية سيبدأ في "تقطيع" أجزاء من المضلع الأصلي ، مما يجعله أصغر بشكل تدريجي. لذلك: HDOP = 1 يمثل الحد مع 4 أقمار صناعية ، ينتج المزيد من الأقمار الصناعية مضلعًا أصغر ، و HDOP أصغر.


مناقشة

كان الهدف من هذه الدراسة هو اختبار الدقة الديناميكية لجهاز GPS عالي الأداء يستخدمه العديد من الباحثين في الصحة العامة (مستقبل GPS المحمول Qstarz Q1000XT) في ظل ظروف بيئية مختلفة في العالم الحقيقي ، لأربعة وسائط نقل ، باستخدام ثلاثة جمع بيانات. العصور. أظهرت نتائجنا أن ما يقرب من نصف (49.6٪) من جميع & # x0224868000 نقطة GPS مسجلة تقع ضمن 2.5 متر من الموقع المتوقع ، و 78.7٪ سقطت في غضون 10 أمتار. كان متوسط ​​الخطأ 2.9 م. كانت هناك اختلافات حسب وضع الرحلة ونوع المنطقة والمسار ، في حين أن فترات جمع البيانات الثلاثة كان لها نفس متوسط ​​الخطأ (2.9 م لجميع العصور). كان متوسط ​​الخطأ لجهاز استقبال GPS أثناء رحلات المشي 3.9 و 2.0 متر لرحلات الدراجات و 1.5 متر للحافلة و 0.5 متر للسيارة. أظهرت الأنواع الأربعة المختلفة من المناطق تباينًا كبيرًا في متوسط ​​الخطأ: 0.7 مترًا في المناطق المفتوحة ، و 2.6 مترًا في المناطق نصف المفتوحة ، و 5.2 مترًا في الأخاديد الحضرية. كانت هناك أيضًا اختلافات واضحة بين المسارات الأربعة ، بمتوسط ​​خطأ يبلغ 0.7 متر للطريق 2 و 3.5 و 3.7 متر للطريق 3 و 4 على التوالي و 4.5 متر للطريق 1. في الممارسة العملية ، تشير نتائجنا إلى أن الرعاية يجب أن تكون. يتم التقاطها عند الحاجة إلى دقة مكانية عالية. على سبيل المثال ، في الدراسة التي تحاول تحديد استخدام عنصر ملعب جديد ، قد يعني الخطأ المتوسط ​​البالغ 5 أمتار في ظل ظروف حضرية كثيفة أن نسبة مئوية كبيرة من النقاط التي تقع & # x0201Con & # x0201D قد يكون عنصر الملعب في الواقع & # x0201Con & # x0201D العنصر المجاور ، أو العكس ، مما قد يؤدي بسهولة إلى استنتاجات خاطئة.

مقارنة نتائجنا بنتائج Beekhuizen et al. (13) ، كان متوسط ​​خطأ المشي مشابهًا (3.9 م في دراستنا مقابل 3.7 م في دراستهم) ، بينما كان متوسط ​​الأخطاء لرحلات ركوب الدراجات والسيارات والحافلات أصغر في الدراسة الحالية (ركوب الدراجات 2.9 مقابل 2.0 م حافلة 4.9) مقابل 1.5 م والسيارة 3.3 مقابل 0.5 م). ما يقرب من 85٪ من جميع الأخطاء في الدراسة الهولندية كانت & # x0003C10 م (13) ، وهو أفضل قليلاً من 78.7٪ في دراستنا. قد يكون هذا بسبب حقيقة أن البيانات تم جمعها أثناء رحلات التنقل التي كانت موجودة خارج المناطق الحضرية الكثيفة (حيث يمثل التداخل مشكلة) إلى حد أكبر بكثير من الدراسة الحالية.

Beekhuizen et al. (13) أبلغ عن أخطاء متوسطة لرحلات المشي في منطقة تجارية شاهقة (متوسط ​​الخطأ 7.1 م) ، وهو مشابه لمتوسط ​​الخطأ المسجل أثناء رحلات المشي في الأخاديد الحضرية (6.7 م). ما توصلنا إليه من وجود تفاعل بين البيئة وطريقة النقل ، على حد علمنا ، لم يبلغ عنه باحثون آخرون. كانت دقة بيانات GPS التي تم جمعها أثناء رحلات السيارات داخل الأخاديد الحضرية عالية بشكل مدهش ، حيث بلغت دقة 10 أمتار 88.4٪ ، وأقل قليلاً من المناطق المفتوحة (89.5٪). كان متوسط ​​الخطأ لرحلات السيارات في الأخاديد الحضرية 1.5 مترًا فقط ، ومع ذلك ، يمكن أن يكون هذا جزئيًا بسبب حقيقة أن الأرصفة ومسارات الدراجات كانت عادةً أقل عرضًا من ممرات المركبات وأقرب بكثير من المباني. في بعض أجزاء الطريق ، يمكن أن يصل عرض حارة السيارة إلى 12 مترًا ، مما يزيد على الأرجح من فرصة وقوع نقطة GPS داخل مضلع الحارة. هذا لا يقلل من حقيقة أنه بالنسبة لرحلات السيارات والحافلات في بيئات العالم الحقيقي ، يتمتع جهاز Qstarz GPS بدقة مكانية جيدة بشكل مدهش ، وأيضًا في الظروف البيئية الصعبة. ومع ذلك ، تشير النتائج التي توصلنا إليها أيضًا إلى وجوب توخي الحذر عند دراسة سلوك المشي و / أو ركوب الدراجات في البيئات الحضرية الكثيفة. نظرًا لأن ممرات المشي وركوب الدراجات تقع عادةً بالقرب من المباني وأضيق بكثير من ممرات المركبات ، يمكن أن تتعرض الدقة المكانية للخطر. علاوة على ذلك ، وجدنا أيضًا اختلافات بين المسارات على محامل مختلفة ، ضمن ظروف بيئية مماثلة. من المحتمل أن يتم تفسير هذه الاختلافات من خلال درجة مختلفة من التظليل حسب المباني اعتمادًا على مواقعها فيما يتعلق بالمسار المرصود. من الناحية العملية ، هذا يعني أن الخطأ الديناميكي سيختلف اعتمادًا على الزاوية تجاه الأقمار الصناعية المتاحة ، والتي ستختلف خلال اليوم.

نقاط القوة والضعف

هذه الدراسة ، على حد علمنا ، هي أكبر الاختبارات وأكثرها صرامة لدقة نظام تحديد المواقع العالمي الديناميكي التي تم إجراؤها حتى الآن. قيمت الدراسات السابقة (10 & # x0201313) أيضًا الدقة الديناميكية ، ولكن بطرق مختلفة وعينات أصغر ، ودون النظر على وجه التحديد في طرق النقل المختلفة في ظروف بيئية مختلفة ، أو في فترات مختلفة لجمع البيانات. أدى رقمنة جميع ممرات المرور بشكل فردي فوق الصور الجوية عالية الدقة إلى خرائط طرق مفصلة للغاية تم استخدامها كمسار & # x0201Ctrue & # x0201D.

أظهرت هذه الدراسة أنه قد يكون من المهم اختبار الطرق ذات الممرات الضيقة للمركبات ، على الرغم من أن هذه الشوارع قد لا تحتوي على ممرات منفصلة للدراجات أو حافلات عامة على طول نفس الطريق. بالإضافة إلى ذلك ، تم جمع جميع البيانات في أواخر الخريف والشتاء وأوائل الربيع ، وكانت معظم الأشجار ذات أوراق قليلة أو معدومة ، مما قد يحسن متوسط ​​استقبال الأقمار الصناعية على اثنين من المسارات الأربعة. إن دراسة مقارنة تأثير غطاء الأشجار عبر الفصول ستكون خطوة تالية مهمة.

علاوة على ذلك ، هناك مجموعة من العوامل الأخرى التي لم يتم تضمينها في هذه الدراسة والتي يمكن أن تؤثر على دقة الموقف. تتطلب مستقبلات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) خط رؤية مباشرًا بأربعة أقمار صناعية على الأقل لتحديد موقع مكاني عن طريق التثليث. في الظروف المعوقة ، مثل داخل أو تحت مظلة شجرة ، أو في & # x0201Cshade & # x0201D للمباني الشاهقة ، يمكن أن يؤدي عدم تناسق الإشارة الناتج عن الرؤية المحدودة للقمر الصناعي و / أو انعكاس إشارة من المباني أو الكائنات المجاورة (تأثير متعدد المسارات) ينتج عنه خطأ موضعي كبير (7 ، 9 ، 10 ، 14). على وجه الخصوص ، يميل وجود خزانات المياه أو المعدن أو الأسطح العاكسة الأخرى إلى ما يسمى بتأثير متعدد المسارات ، أي أن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لا يستقبل الإشارات مباشرة من الأقمار الصناعية فحسب ، بل يستقبل أيضًا الإشارات المنعكسة من هذه الأسطح.

تشمل المصادر المحتملة الأخرى لعدم دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أخطاء التوقيت والأخطاء المدارية والاضطرابات الجوية (9). تم تجهيز Qstarz Q1000XT بقدرة تفاضلية GPS (DGPS) & # x02013 وهو نظام يبث التصحيحات من المحطات المرجعية الأرضية إلى مستقبلات GPS المحيطة في الوقت الفعلي & # x02013 والتي يمكن أن تقلل من هذا النوع من الأخطاء.

توصيات لاستخدام GPS في دراسات الصحة العامة

بناءً على النتائج التي توصلنا إليها ، فإن الدقة الموضعية لجهاز الاستقبال Qstarz Q1000XT GPS في ظروف ديناميكية ومتنوعة مقبولة للاستخدام في الدراسات السكانية الأكبر ، خاصة مع فترات جمع البيانات الطويلة نسبيًا (7 أيام أو أكثر). بالنسبة للدراسات التي يعيش فيها المشاركون أو يسافرون عبر مناطق حضرية كثيفة ، نوصي بإجراء اختبار دقة ديناميكي مشابه للاختبار المقدم هنا لتحديد ما إذا كانت الدقة المحققة مقبولة فيما يتعلق بسؤال البحث. استنادًا إلى النتائج التي توصلنا إليها ، نوصي أيضًا بأن يقوم الباحثون المهتمون بتسجيل السلوك في مواقع حضرية كثيفة محددة (على سبيل المثال ، تسجيل استخدام مرافق المشاة أو الدراجات الجديدة ، أو البيئات الصعبة الأخرى مثل ساحات المدارس) لاختبار دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ميدانيًا في تلك المواقع المحددة ، خلال أوقات مختلفة من اليوم لتحديد ما إذا كان الخطأ مقبولاً لدراستهم. في المستقبل ، سيكون من المفيد أيضًا اختبار الدقة الديناميكية لوحدات GPS الأخرى لاستخدامها في دراسات الصحة العامة.


اختر جهاز استقبال

يمكن أن يستخدم AppStudio نظام GPS المدمج في جهازك ، أو يمكنك إضافة مستقبل GPS خارجي للحصول على بيانات عالية الدقة. هناك العديد من أجهزة استقبال GPS المتاحة ، ولكن لا تعمل جميعها مباشرة مع AppStudio. لاستخدام مستقبل GPS مع AppStudio ، يجب أن يدعم جهاز الاستقبال إخراج جمل NMEA.

لتحسين دقة مواضعك ، ضع في اعتبارك استخدام مُستقبِل GPS يدعم التصحيحات التفاضلية. إذا كنت تستخدم جهاز iOS ، فيجب عليك أيضًا استخدام أحد أجهزة استقبال GPS المدعومة على iOS. بينما لا تنشر Esri قائمة بمستقبلات GPS المدعومة لنظام Android أو Windows ، يتم توفير قائمة بأجهزة الاستقبال المستخدمة في الاختبار على Android و Windows.

تدعم معظم أجهزة استقبال GPS عالية الدقة جمل NMEA التي يستخدمها AppStudio ومع ذلك ، يوصى بالتحقق مما إذا كان جهاز الاستقبال يدعم جمل NMEA هذه في دليل مستخدم جهاز الاستقبال قبل محاولة توصيله بـ AppStudio.

دعم NMEA

NMEA 0183 هو معيار مواصفات البيانات الذي يستخدمه AppStudio للتواصل مع أجهزة استقبال GPS. تحتوي رسائل NMEA على سطور من البيانات تسمى الجمل. يشتق AppStudio معلومات GPS مثل خطوط الطول والعرض والارتفاع ونوع الإصلاح من خلال قراءة جمل محددة في رسائل NMEA.

يدعم AppStudio NMEA 4.00 و 4.10. يمكنه قراءة جمل NMEA التالية:

  • GGA: الوقت والموضع والبيانات ذات الصلة بالتصحيح
  • GSA: GNSS DOP والأقمار الصناعية النشطة
  • GSV: أقمار GNSS قيد النظر
  • RMC: الحد الأدنى الموصى به من بيانات GNSS المحددة
  • VTG: دورة فوق الأرض وسرعة الأرض
  • ضريبة السلع والخدمات: إحصائيات خطأ النطاق الزائف لنظام GNSS

إذا تلقى AppStudio جمل ضريبة السلع والخدمات التي تحتوي على معلومات دقيقة لإحداثيات معينة ، فإنه يستخدمها لتحديد الدقة. بشكل افتراضي ، يتم تحديد أرقام الدقة الأفقية والعمودية في جذر متوسط ​​التربيع (RMS). مستوى الثقة باستخدام RMS هو 63 بالمائة إلى 68 بالمائة للدقة الأفقية ، و 68 بالمائة للدقة الرأسية.

الدقة المقدرة

إذا لم يتلق AppStudio جملة GST من مستقبل GPS ولكنه تلقى جملة GSA ، فإن AppStudio يقدر الدقة باستخدام التخفيف الأفقي للدقة (HDOP) والتخفيف الرأسي للدقة (VDOP). يتم حساب الدقة الأفقية المقدرة بضرب HDOP في 4.7 ، ويتم حساب الدقة الرأسية المقدرة بضرب VDOP في 4.7.

تصحيحات تفاضلية

لتحسين دقة مواضعك ، ضع في اعتبارك استخدام مُستقبِل GPS يدعم التصحيحات التفاضلية. تعمل تقنية التصحيح التفاضلي على تحسين الدقة باستخدام المحطات المرجعية ، والتي تُعرف أيضًا باسم المحطات القاعدية. المحطة المرجعية هي جهاز استقبال GPS آخر تم إنشاؤه في موقع معروف. تقدر المحطة المرجعية موقعها بناءً على إشارات الأقمار الصناعية وتقارن هذا الموقع المقدر بالموقع المعروف. يتم تطبيق الفرق بين هذه المواضع على موضع GPS المقدر المحسوب بواسطة مستقبل GPS الخاص بك ، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم العربة الجوالة ، للحصول على موضع أكثر دقة. يجب أن يكون جهاز الاستقبال موجودًا ضمن مسافة معينة من المحطة المرجعية حتى تحدث التصحيحات التفاضلية. يمكن تطبيق التصحيحات التفاضلية في الوقت الفعلي في الميدان أو عند المعالجة اللاحقة للبيانات في المكتب.

يمكن توفير التصحيحات التفاضلية من خلال المصادر العامة أو التجارية. يعد نظام التعزيز المعتمد على القمر الصناعي (SBAS) أحد أكثر مصادر التصحيح في الوقت الفعلي استخدامًا ويمكن الوصول إليه بشكل عام ، والذي يشار إليه أيضًا باسم نظام زيادة المساحة الواسعة (WAAS) في الولايات المتحدة. يمكنك استخدام SBAS مجانًا ، ولكن يجب أن يدعمه جهاز استقبال GPS الخاص بك. يتطلب استخدام خدمات التصحيح التجارية عادةً اشتراكًا وقد يتطلب أيضًا شراء نوع معين من مُستقبل GPS يمكنه استقبال إشارات التصحيح هذه. راجع مقالة شرح نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي بصيغة ArcUser مجلة لمزيد من المعلومات.

أجهزة استقبال GPS مدعومة على iOS

لتوصيل مستقبل Bluetooth بجهاز iOS مباشرة ، يجب أن يكون جهاز الاستقبال جزءًا من برنامج MFi بالإضافة إلى دعم إخراج جمل NMEA. يمكن استخدام أجهزة الاستقبال التالية مباشرة مع AppStudio Player على أجهزة iOS المدعومة.

لتحديد إصدار البرنامج الثابت الذي يستخدمه جهاز استقبال GPS الخاص بك ، قم بإقران جهاز الاستقبال بجهازك ، وافتح إعدادات General & gt About بجهازك ، وانقر فوق اسم جهاز الاستقبال المقترن.

يتطلب GNSS Surveyor و GPS Pro + إصدار البرنامج الثابت 2.1.40 أو أحدث. يتطلب GPS Pro إصدار البرنامج الثابت 2.0.90 أو أحدث. يتطلب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بـ Lightning Connector إصدار البرنامج الثابت 1.0.24 أو إصدار أحدث.

يتطلب GLO إصدار البرنامج الثابت 3.00 أو أحدث ويتطلب GLO 2 إصدار البرنامج الثابت 2.1 أو أحدث.

تم اختبار أجهزة استقبال GPS على نظامي Android و Windows

يعمل AppStudio مع أي جهاز استقبال مدعوم على Android أو Windows ينتج جمل NMEA 0183. بينما لا تصادق Esri على أي جهاز ، فإن ما يلي هو قائمة بالأجهزة التي تم استخدامها:

حذر:

هذه ليست قائمة شاملة لجميع الأجهزة التي تعمل مع AppStudio.

  • مساح Bad Elf GNSS و GPS Pro و GPS Pro +
  • Eos Arrow Lite و Arrow 100 و Arrow 200 و Arrow Gold
  • Garmin GLO ¹ و Garmin GLO 2¹
  • Geneq SxBlue II و SxBlue III²
  • جونيبر سيستمز جيود
  • لايكا GG03¹ و GG04 و Zeno 20¹
  • تريمبل R1 و R2 و R8s¹ و R10¹

تطبيق Trimble GNSS Status (Windows أو Android) مطلوب لتلقي المواضع المصححة باستخدام R1 أو R2. على نظام Android ، تحتاج أيضًا إلى تطبيق Trimble GNSS Direct.

بالنسبة إلى جهاز استقبال Trimble R1 على Windows ، لا يمكن لـ AppStudio الوصول إلى إصلاحات GPS التفاضلية باستخدام RTX. ومع ذلك ، يمكن لـ AppStudio تحديد الموقع من خلال إصلاحات GPS المستقلة ، بالإضافة إلى تصحيح SBAS ومواقع المحطة الأساسية المحلية المصححة عبر NTRIP.

بالنسبة لجهاز الاستقبال Trimble R2 على Windows ، لا يمكن لـ AppStudio الوصول إلى المواقع باستخدام RTX أو المواقع المصححة للمحطة الأساسية المحلية عبر NTRIP. يمكن لـ AppStudio الوصول فقط إلى إصلاحات GPS المستقلة والمواقع المصححة SBAS.

حدثت مشكلات عند إقران Trimble R10 بأجهزة Samsung Galaxy S5 و S7.


نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على السفن

GPS أو نظام تحديد المواقع العالمي هو نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية يزود المستخدم بمعلومات الموقع والوقت في جميع الظروف المناخية. يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي للملاحة في الطائرات والسفن والسيارات والشاحنات أيضًا. يمنح النظام قدرات حرجة للمستخدمين العسكريين والمدنيين في جميع أنحاء العالم. يوفر GPS الوقت الحقيقي المستمر ، وتحديد المواقع ثلاثية الأبعاد ، والملاحة والتوقيت في جميع أنحاء العالم.

نظام GPS يعمل: - يتكون نظام GPS من ثلاثة أقسام:

  1. الجزء الفضائي: أقمار GPS الصناعية.
  2. نظام التحكم الذي يديره الجيش الأمريكي.
  3. قسم المستخدمين ، والذي يشمل المستخدمين العسكريين والمدنيين ومعدات GPS الخاصة بهم.

الجزء الفضائي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS):

  • الجزء الفضائي هو عدد الأقمار الصناعية في الكوكبة. وهي تتألف من 29 قمرا صناعيا تدور حول الأرض كل 12 ساعة على ارتفاع 12000 ميل.
  • يتم استخدام وظيفة المقطع الفضائي لتوجيه إشارات التوجيه / الملاحة ولتخزين وإعادة إرسال رسالة المسار / الملاحة المرسلة بواسطة جزء التحكم. يتم التحكم في عمليات الإرسال هذه بواسطة ساعات ذرية عالية الاستقرار على الأقمار الصناعية.
  • يتكون الجزء الفضائي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من كوكبة من الأقمار الصناعية بها عدد كافٍ من الأقمار الصناعية لضمان أن يكون لدى المستخدمين ، على الأقل ، 4 أقمار صناعية متزامنة معروضة من أي نقطة على سطح الأرض في أي وقت.

الجزء الفضائي من GPS

جزء التحكم في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):

  • يتكون جزء التحكم من محطة تحكم رئيسية وخمس محطات مراقبة مزودة بساعات ذرية منتشرة حول العالم.
  • تراقب محطات المراقبة الخمس إشارات الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ثم ترسل تلك المعلومات المؤهلة إلى محطة التحكم الرئيسية حيث يتم مراجعة العيوب وإرسالها مرة أخرى إلى أقمار GPS الصناعية من خلال الهوائيات الأرضية. يشار إلى جزء التحكم أيضًا باسم محطة المراقبة.

جزء مستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):

  • يتألف جزء المستخدم من مُستقبل GPS ، الذي يستقبل الإشارات من أقمار GPS الصناعية ويحدد بعده عن كل قمر صناعي.
  • يستخدم هذا الجزء بشكل أساسي للجيش الأمريكي وأنظمة توجيه الصواريخ والتطبيقات المدنية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في كل مجال تقريبًا.
  • يستخدم معظم المدنيين هذا من المسح إلى النقل إلى الموارد الطبيعية ومن هناك إلى الأغراض الزراعية ورسم الخرائط أيضًا.

جزء المستخدم من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

كيف يحدد GPS الموقع:

  • يعتمد عمل / تشغيل نظام تحديد المواقع العالمي على مبدأ "التثليث" الرياضي.
  • يتم تحديد الموقع من قياسات المسافة إلى الأقمار الصناعية. من الشكل ، يتم استخدام الأقمار الصناعية الأربعة لتحديد موضع جهاز الاستقبال على الأرض.
  • تم تأكيد موقع الهدف بواسطة القمر الصناعي الرابع. وتستخدم ثلاثة أقمار صناعية لتتبع مكان المكان.
  • يتم استخدام قمر صناعي رابع لتأكيد الموقع المستهدف لكل من تلك المركبات الفضائية. يتكون نظام تحديد المواقع العالمي من قمر صناعي ومحطة تحكم ومحطة مراقبة وجهاز استقبال.
  • يأخذ مستقبل GPS المعلومات من القمر الصناعي ويستخدم طريقة التثليث لتحديد الموقع الدقيق للمستخدم.

حلبة GPS: يُستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في بعض الحوادث بعدة طرق ، مثل:

  • لتحديد مواقع المواقع على سبيل المثال ، تحتاج إلى إرسال إحداثيات موقع موقعك على الراديو إلى قائد طائرة هليكوبتر حتى يتمكن الطيار من اصطحابك.
  • للتنقل من موقع إلى آخر على سبيل المثال ، تحتاج إلى السفر من نقطة مراقبة إلى محيط النار.
  • لإنشاء خرائط رقمية على سبيل المثال ، يتم تكليفك برسم محيط النار والنقاط الساخنة.
  • لتحديد المسافة بين نقطتين مختلفتين.

كيف يحدد مستقبل GPS موقع السفينة؟

تحديد الموقف:
  • يقفل جهاز الاستقبال على قمر صناعي واحد ، ومن هذا القمر الصناعي يحصل على التقويم لجميع الأقمار الصناعية الأخرى ، وبالتالي يختار أنسب الأقمار الصناعية لتحديد الموقع.
  • يتم الحصول على الموضع بواسطة جهاز الاستقبال بشكل أساسي من خلال تحديد المسافات من جهاز الاستقبال إلى كل من الأقمار الصناعية المحددة.
  • يتم قياس المدى عن طريق قياس وقت الانتشار من الساتل المختار إلى المستقبل.
  • لا يمكن مزامنة القمر الصناعي وساعة الاستقبال بدقة ومن ثم يتم الحصول على النطاقات الزائفة.
  • ومن ثم يتم استخدام قمر صناعي إضافي للحصول على المدى الحقيقي.

تحديد موقع GPS للسفينة
معادلة تحديد الموقع:-
  • R = C X (t-t 2)
  • نطاق (R) من القمر الصناعي للمستخدم.
  • حيث C هي سرعة موجات الراديو و
  • (t-t 2) = فارق التوقيت (الوقت الذي تستغرقه إشارات الأقمار الصناعية للوصول إلى جهاز الاستقبال.)

قد لا تكون ساعة القمر الصناعي وساعة نظام تحديد المواقع العالمي متزامنة تمامًا ، لذا فإن هذا يؤدي إلى خطأ في قياس النطاق ويطلق على ما تم الحصول عليه اسم النطاق الزائف.

ومن ثم ، هناك أربعة مجاهيل مثل خطوط العرض وخط الطول والارتفاع (إحداثيات x و y و z) للمستخدم بالإضافة إلى خطأ ساعة المستخدم فيما يتعلق بساعة القمر الصناعي.

  • موقع القمر الصناعي S1 (x1، ذ1 ، ض1) معروف للمستخدم برسالة ملاحية مدتها 30 ثانية ومن هذا القمر الصناعي يتم الحصول على المعادلة التالية: -

  • حيث العلاقات العامة1 هو الغضب الزائف من القمر الصناعي S1.
  • (ج س Δر) خطأ في قياس النطاق بسبب خطأ في ساعة المستخدم.
  • نظرًا لوجود أربعة معادلات غير معروفة ، يمكن حلها من أربع معادلات تم الحصول عليها من أربعة أقمار صناعية مختلفة ، وستكون المعادلات الثلاثة الأخرى كما يلي:

بمساعدة هذه المعادلات يمكن الحصول على الإصلاح ثلاثي الأبعاد. في حالة وجود مركبة تطفو على الماء ، يلزم إجراء إصلاح ثنائي الأبعاد (أي طول خط العرض وأمبير الطول) وستكون 3 معادلات من 3 أقمار صناعية كافية لإصلاح الموضع.

خدمة تحديد المواقع الدقيقة (PPS) لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS):

  • يمكن للمستخدمين المعتمدين الوصول إلى خدمة تحديد المواقع الدقيقة.
  • يحتوي تردد L1 ، الذي ترسله جميع أقمار Navstar الصناعية ، على إشارة نطاق كود الدورة / الاستحواذ (C / A) ، مع رسالة بيانات ملاحية ، وهي متاحة للاستخدام المدني والتجاري والعلمي السلمي ودقة (P). إشارة مع رسالة بيانات ملاحية ، محجوزة للاستخدام المصرح به.
  • PPS هو متوقع 30 مترا.

خدمة تحديد المواقع القياسية (SPS) لنظام GPS: -

  • يستخدم المستخدمون المدنيون في جميع أنحاء العالم SPS.
  • يحتوي التردد L1 ، الذي يتم إرساله من جميع الأقمار الصناعية ، على إشارة نطاق كود خشن / اكتساب (C / A) ، مع رسالة بيانات ملاحية ، وهي متاحة للاستخدام المدني والتجاري والعلمي السلمي.
  • دقة التنبؤ SPS: في حدود 35 مترا.
  • إنه يخضع للإتاحة الانتقائية ، وتدرج الدقة المتعمد.
  • الآن تم الإعلان من قبل الحكومة الأمريكية ، لن يتم القيام بالتدرج المتناقص المتعمد.

أخطاء GPS:

  1. خطأ جوي : تغير الظروف الجوية يغير سرعة إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لأنها تمر عبر الغلاف الجوي للأرض وهذا يؤثر على قياس فرق التوقيت ولن يكون الإصلاح دقيقًا. ينقل كل قمر صناعي رسالته على ترددين ، وبالتالي يستقبل جهاز استقبال ثنائي التردد كلاً من الترددات ويتم حساب التصحيح وتعويضه داخل جهاز الاستقبال وبالتالي زيادة دقة الإصلاح.
    • يتم تقليل التأثير إلى الحد الأدنى عندما يكون القمر الصناعي فوق الرأس مباشرة.
    • يصبح أكبر بالنسبة للأقمار الصناعية القريبة من الأفق. تم تصميم جهاز الاستقبال لرفض الأقمار الصناعية التي يقل ارتفاعها عن 9.5 درجة.
  2. خطأ ساعة المستخدم : إذا لم تكن ساعة المستخدم متزامنة تمامًا مع ساعة القمر الصناعي ، فلن يكون قياس النطاق دقيقًا. يتم استدعاء قياس النطاق جنبًا إلى جنب مع خطأ الساعة النطاق الزائف. يمكن التخلص من هذا الخطأ داخل جهاز الاستقبال عن طريق الحصول على النطاق الزائف من ثلاثة أقمار صناعية ويتم ذلك تلقائيًا داخل جهاز الاستقبال.
  3. خطأ ساعة القمر الصناعي : حدث هذا الخطأ بسبب خطأ في ساعة القمر الصناعي w.r.t. وقت GPS. تتم مراقبة ذلك من خلال المقاطع الأرضية وأي خطأ في ساعة الأقمار الصناعية يشكل جزءًا من رسالة ملاحية مدتها 30 ثانية.
  4. خطأ GDOP : يحدد GDOP للقمر الصناعي زاوية القطع التي بدورها تتحكم في جودة الموضع الذي تم الحصول عليه. كلما اتسع الفصل الزاوي بين الأقمار الصناعية ، زادت دقة الإصلاح. أو ، على العكس من ذلك ، كلما انخفضت قيمة GDOP ، زادت دقة الإصلاح. يشار إلى قيمة GDOP على وحدة العرض.
  5. خطأ متعدد المسارات : يحدث هذا الخطأ بسبب وصول إشارات الأقمار الصناعية إلى هوائي السفينة مباشرة من القمر الصناعي وتلك التي تنعكس بواسطة بعض الأجسام. وبالتالي يتم استقبال إشارتين في وقت واحد مما يؤدي إلى تشويه الإشارة التي يتم من خلالها الحصول على قياس النطاق. يمكن أن يؤدي وضع الهوائي في مكان مناسب إلى تقليل هذا الخطأ.
  6. خطأ مداري : تتم مراقبة الأقمار الصناعية ويتم التنبؤ بمساراتها بواسطة الجزء الأرضي. ومع ذلك ، بين رصدين متتاليين لنفس الساتل ، قد تكون هناك انحرافات طفيفة عن مسيراتها المتوقعة مما يؤدي إلى عدم دقة الموقع الصغيرة.

محتويات رسالة الملاحة المرسلة عبر الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS):

رسالة الملاحة: الغرض الأساسي من إرسال رسالة الملاحة بواسطة الأقمار الصناعية هو تحديد موقعها بواسطة مستقبل GPS. يرسل كل قمر صناعي رسالة ملاحية مدتها 30 ثانية في شكل إطار بيانات 50 بت في الثانية. This data, which is different for each satellite, is previously supplied to the satellites by master control station and is divided into 5 sub-frames.

Each sub-frame commences with telemetry word (TLM) containing satellite status followed by hand over word (HOW) data for acquiring P code from C/A code.

Navigational Message of GPS

  • The 1st sub-frame contains data relating to satellite clock correction.
  • The 2nd and 3rd sub-frames contain the satellite ephemeris defining the position of the satellite.
  • The 4th sub-frame passes the alpha-numeric data to the user and will only be used when upload station has a need to pass specific messages.
  • The 5th sub-frame gives the almanac of all the other satellites which includes the identity codes thus allowing the user the best choice of satellites for position fixing.

Differential GPS (DGPS) enhances the accuracy of the ship’s position:

Differential GPS (DGPS) is a system in which differences between observed and computed co-ordinates ranges (known as differential corrections) at a particular known point are transmitted to users (GPS receivers at other points) to upgrade the accuracy of the users receivers position.

Differential Correction :- Differential correction is a technique that greatly increases the accuracy of the collected DGPS data. It involves using a receiver at a known location – the “base station“ and comparing that data with DGPS positions collected from unknown locations with “roving receivers.”

Limitation & Errors of DGPS :-

  1. International Limitation of Accuracy
  2. Receiver Independent Exchange Format
  3. Reference System Co-ordinates

Methods used to Transmit Corrections :-

  • Computing & transmitting – a position correction in terms of Lat, Long & altitude i.e. x, y, z co-ordinates.
  • Computation of pseudo range correction to each satellite which is then broadcasted to the user and applied to the user’s pseudo range measurement before the position is calculated by the onboard receiver resulting in a higher accuracy of position fix.
  • DGPS removes common-mode errors, those errors common to both the reference and remove receivers (not multipath or receiver noise). Errors are more often common when receivers are close together (less than 100 km). Differential position accuracies of 1-10 meters are possible with DGPS based on C/A code SPS Signal.

Explanation of how the DGPS calculate even more accurate position than the GPS:

  • Differential Global Positioning System (DGPS) is an enhancement to Global Positioning System that provides improved location accuracy, from the 15-meter nominal GPS accuracy to about 10 cm in case of the best implementations.
  • DGPS uses a network of fixed ground-based reference stations to broadcast the difference between the positions indicated by the GPS satellite systems and the known fixed positions.
  • These stations broadcast the difference between the measured satellite pseudo ranges and actual (internally computed) pseudo ranges, and receiver stations may correct their pseudo ranges by the same amount.
  • The digital correction signal is typically broadcast locally over ground-based transmitters of shorter range.

Geodetic Datum:

A geodetic datum أو geodetic system is a coordinate system, and a set of reference points, used for locating places on the Earth (or similar objects). Datums are used in geodesy, navigation, and surveying by cartographers and satellite navigation systems to translate positions indicated on maps (paper or digital) to their real position on Earth. Each starts with an ellipsoid (stretched sphere), and then defines latitude, longitude and altitude coordinates. One or more locations on the Earth’s surface are chosen as anchor “base-points”.

Pseudo Range:

ال Pseudo Range is the pseudo distance between a satellite and a navigation satellite receiver for instance Global Positioning System (GPS) receivers. To determine its position, a satellite navigation receiver will determine the ranges to (at least) four satellites as well as their positions at time of transmitting. Knowing the satellites’ orbital parameters, these positions can be calculated for any point in time. The Pseudo Ranges of each satellite are obtained by multiplying the speed of light by the time the signal has taken from the satellite to the receiver. As there are accuracy errors in the time measured, the term pseudo-ranges is used rather than ranges for such distances.

True Range:

True Range is an instantaneous measurement of the distance between the transmit antenna on the SV and receive antenna on the vehicle. If it were possible imagine a tape measure stretched out between the two antennas, this measurement is the true range.

Geometric Dilution of Precision (GDOP):

  • Dilution of precision (DOP), or geometric dilution of precision (GDOP), is a term used in satellite navigation and geomatics engineering to specify the additional multiplicative effect of navigation satellite geometry on positional measurement precision.
  • DOP can be expressed as a number of separate measurements:
    • HDOP – horizontal dilution of precision
    • VDOP – vertical dilution of precision
    • PDOP – position (3D) dilution of precision
    • TDOP – time dilution of precision

    HDOP with respect to GPS:

    HDOP: Acronym for horizontal dilution of precision. A measure of the geometric quality of a GPS satellite configuration in the sky. HDOP is a factor in determining the relative accuracy of a horizontal position. The smaller the DOP number, the better the geometry.

    GPS receiver determining the speed of the ship:

    • The carrier frequency is also used to determine the speed of the user by the measurement of Doppler shift, i.e. change in the frequency of radio waves received when the distance between the satellite and user is changing due to the relative motion between the two.
    • The position and velocity of the satellite as well as the position of the user are known to the user’s receiver.
    • The velocity vector of the satellite can be resolved in two ways:
      • In the direction towards the user
      • In the direction perpendicular to (i).

      GPS System configuration and frequencies used for: P & C/A code:

      رموز:- Each satellite transmits two codes:-

      • P Code (Precession Code) that is only available to US military and its allies.
      • C/A Code (Coarse Acquisition Code) available for use to all civilian users.

      Frequencies:- 1575.42 MHz (L1 signal) and 1227.6 MHz (L2 signal).

      • ال L1 carrier consists of both the C/A and P codes، بينما ال L2 carrier consists the P code only.
      • Each satellite transmits pseudo random noise signals on these two different frequencies.

      Function of these codes is as follows:

      • For satellite identification since each satellite has a unique code.
      • For measurement of the propagation time from the satellite to user.

      The C/A code:-

      • The C/A code is different for every satellite.
      • The C/A code is made up of sequences called chips.
      • Sequence repeats itself every millisecond.
      • The C/A code is for the civilians.
      • The full code length is of 267 days.
      • The extremely long code length makes it difficult to lock on to the P code.
      • P code is available only for US & allies.
      • P code is different for every satellite.

      Alarms of GPS on Ships:

      Alarms of GPS :- There are seven alarm conditions which generate both audible and visual alarms. When an alarm setting is violated, the buzzer sounds and the name of the offending alarm appears on the display. The alarm icon also appears on the Plotter 1, Plotter 2 and Highway displays.

      1. Arrival Alarm, Anchor Watch Alarm:-
        • Arrival alarm:- The arrival alarm informs you that own ship is approaching a destination waypoint. The area that defines an arrival zone is that of a circle which you approach from the outside of the circle.
        • Anchor watch alarm:- The anchor watch alarm sounds to warn you that own ship is moving when it should be at rest.
      2. Cross Track Error (XTE) Alarm :- The XTE alarm warns you when own ship is off its intended course.
      3. Ship’s Speed Alarm:- The ship’s speed alarm sounds when ship’s speed is lower or higher (or within) the alarm range set.
      4. Trip Alarm:- The trip alarm sounds when the distance run is greater than the trip alarm setting.
      5. Water Temperature Alarm:- The water temperature alarm sounds when the water temperature is higher or lower (or within) the preset temperature. This alarm requires temperature signal from external equipment.
      6. Depth Alarm:- The depth temperature alarm sounds when the depth is higher or lower (or within) the preset depth. This alarm requires video sounder connection.
      7. WAAS/DGPS Alarm:- The WAAS/DGPS alarm sounds when the WAAS/DGPS signal is lost. This alarm may be enabled or disabled as below.

      Chart Datum – Explanation :

      Chart Datum (CD) is defined simply in the Glossary as the level below which soundings are given on Admiralty charts. CDs used for earlier surveys were based on arbitrary low water levels of various kinds.

      Modern Admiralty surveys use as CD a level as close as possible to Lowest Astronomical Tide (LAT), which is the lowest predictable tide under average meteorological conditions. This is to conform to an IHO Technical Resolution which states that CD should be set at a level so low that the tide will not frequently fall below it.

      The actual levels of LAT for Standard Ports are listed in Admiralty Tide Tables. On larger scale charts, abbreviated details showing the connection between chart datum and local land levelling datum are given in the tidal panel for the use of surveyors and engineers, where those connections are known.

      Datums in use on charts:-

      Large scale modern charts contain a panel giving the heights of MHWS, MHWN, MLWS and MLWN above CD, or MHHW, MLHW, MHLW and MLLW, whichever is appropriate, depending on the tidal regime in the area concerned. The definitions of all these terms are given in the Glossary. If the value of MLWS from this panel is shown as 0·0 m, CD is the same as MLWS and is not therefore based on LAT. In this case tidal levels could fall appreciably below CD on several days in a year, which happens when a CD is not based on LAT.

      Other charts for which the UKHO is the charting authority are being converted to new CDs based on LAT as they are redrawn. The new datum is usually adopted in Admiralty Tide Tables about one year in advance to ensure agreement when the new charts are published. When the datum of Admiralty Tide Tables thus differs from that of a chart, a caution is inserted by Notice to Mariners on the chart affected drawing attention to the new datum.

      Where foreign surveys are used for Admiralty charts, the chart datums adopted by the hydrographic authority of the country concerned are always used for Admiralty charts. This enables foreign tide tables to be used readily with Admiralty charts. In tidal waters these CDs may vary from Mean Low Water (MLW) to lowest possible low water. In non–tidal waters, such as the Baltic, CD is usually Mean Sea Level (MSL). Caution. Many CDs are above the lowest levels to which the tide can fall, even under average weather conditions. Charts therefore do not always show minimum depths.


      DOP geographical distribution for the Galileo and GPS constellations

      I have been wondering about how the DOP for the different GNSS constellation varies geographically, owing to the different number of satellites and constellation geometries. There are many DOP maps, such as this Galileo HDOP map by the Galileo System Simulation facility, but after a quick search in the literature I couldn’t find any survey paper that made a comprehensive comparison. The closest thing I found to what I was looking for was Consellation design optimization with a DOP based criterion, by Dufour etl. This was published in 1995, so it compares the GPS and GLONASS constellations with prototypical constellations such as the Walker delta using different parameters, but it doesn’t mention Galileo, which wasn’t even planned back then.

      Therefore, I have decided to do my own simulations and compare the DOP for the Galileo and GPS constellations. Since the actual distribution of the satellites can differ substantially from the slots designated in the constellation, I am considering both the theoretical reference constellations and the real world constellations, as taken from the almanacs at the beginning of 2020. This post is a detailed account of my methodology and results.

      Simulation methodology

      The structure of the simulations is as follows. Given a certain satellite constellation, first we compute the positions of all the satellites in the constellation for a certain time interval. The positions are computed in an ECEF reference frame, and the length of the time interval is the repetition period of the constellation, which is one sidereal day in the case of GPS and 10 sidereal days in the case of Galileo. A grid of time steps separated roughly one minute is used.

      Then, for a grid of observers on the Earth surface, spaced one degree in longitude and one degree in latitude, the different DOP metrics (GDOP, PDOP, HDOP and VDOP) are computed at each time step, taking into account only the satellites above a 5 degree elevation mask. The resulting DOPs can then be averaged across time, or the maximum value can be taken, depending on whether we are interested in studying the mean DOP or the worst DOP.

      The reason for choosing the repetition period of the constellation as the simulation time interval is that since this period is an integer number of sidereal days for the constellations under consideration, the relative positions of the observers and satellites (and hence the DOPs) are periodic functions, with the same period as the constellation. However, this is only true if we ignore the precession of orbital planes due to the oblateness of Earth and other perturbations.

      The rate of orbital plane precession (rate of right ascension of the ascending node) for the GNSS MEO constellations, is slow: -15.28 degrees/year for GPS and -10.09 degrees/year for Galileo. The geometry of the constellation, and hence the geographical distribution of the DOPs with respect to longitude will drift at these rates. These means that if we are interested in relatively short time spans of days or a few months, the distribution of the DOP can depend on the longitude. However, if we are interested in longer time spans of several years, the average or worst DOP no longer depends on the longitude.

      Therefore, we simulate the constellation during a repetition period starting at 2020-01-01 00:00:00 UTC to show the geographical dependence on DOP for short time spans near the beginning of 2020. For other short timestamps, the resulting distribution should be shifted to the west for 15.28 degrees/year for GPS and 10.09 degrees/year for Galileo. To show the long-term behaviour, we eliminate the dependency of DOP on longitude by taking the average or the maximum across all longitudes for each fixed latitude.

      Orbit model

      The modelling of the satellite orbits follows the Keplerian model plus a perturbation consisting of a constant rate of right ascension of the ascending node (dot). The model allows the specification of the mean motion (n = dot) to account for a constant perturbation in the mean motion. Otherwise, the mean motion is computed with the usual formula (n = sqrt). This is used for the Galileo constellation, which specifies n = 613.72253566 degrees/day, even though the formula yields 613.72254178 degrees/day. However, the difference between these two values is an insignificant 0.002 degrees/year.

      Circular orbits are used for all the satellites, though the model supports non-circular orbits and a constant rate of argument of periapsis (dot) parameters.

      To transform between ECI and ECEF coordinates, the rotation of the Earth is modelled in a simple way. We consider that the Z axis of the ECI and ECEF coordinates coincide and that the angle between the X axis in the ECI frame (vernal equinox) and ECEF frame (Greenwhich meridian) is given by the Earth rotation angle, computed from the formula given here with UTC instead of UT1. These are approximations introduced because the accurate conversion of GCRS to ICRF coordinates using Astropy is much more expensive.

      The semimajor axis (a), inclination (i) and rate of right ascension of the ascending node (dot) of all the satellites are set equal to the nominal constellation value. This simplified model is deemed sufficient for the DOP simulations presented here.

      Galileo constellation

      The Galileo nominal constellation is a Walker 24/3/1 constellation, consisting of 24 satellites in 3 orbital planes. The reference constellation parameters are described here (note that there is a typo in that listing and slots B2 and B7 are swapped).

      The constellation is designed to have 6 additional spare satellites, but the positions of the spares haven’t been published anywhere (or at least I haven’t been able to find it). Teunissen etl. in their Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems make an educated guess about the positions of the spares, with two diametrically opposed spares per orbital plane, and a between-plane phasing opposite to that of the Walker constellation.

      The status of the constellation at the beginning of 2020 is as follows. A total of 26 satellites have been launched. Two of these are the eccentric satellites E14 and E18, and are not considered in this study. The other 24 are occupying all the slots of the Walker constellation. However, two of them, E20 and E22, are not operational. No satellites are occupying spare slots.

      To compare the constellation defined by the almanac for the first week of 2020 with the reference constellation, it is necessary to bring the two constellations to a common epoch. I have moved the almanac to 2016-01-01 00:00:00 UTC, the epoch of the reference constellation, by applying the nominal (dot) and (dot) rates. The comparison of the constellations can be seen in the figure below.

      We see that there is a small difference in the RAAN of the almanac and reference constellations and a noticeable difference in mean anomaly of almost half of the in-plane phasing angle. These may be caused by perturbations not covered by the nominal drift rates. Nevertheless, the real constellation is well phased. The non-operational satellites E20 and E22, which occupy slots C5 and B3 are not included in the almanac.

      GPS constellation

      The reference constellation for GPS contains 24 satellites in 6 orbital planes. However, an expandable constellation is also defined where four particular slots (each in a different plane) can be split in two in order to accommodate up to 27 satellites. The details of the 24-satellite baseline constellation and the expandable slots are defined here.

      The status of the GPS constellation at the beginning of 2020 is as follows. There are 31 operational satellites, all of them included in the almanac. The satellite G04, which is GPS-III SV01 entered service on 2020-01-13, so it is considered as operational for this study even though it was marked as unhealthy in the almanac for the first week of 2020.

      As GPS is a much older constellation than Galileo, the configuration of the operational satellites differs much more from the reference constellation, as shown in the figure below, which is referenced to the GPS constellation reference epoch of 1993-07-01 00:00:00 UTC.

      The figure shows a similar configuration to this image, which shows the status of the constellation on 2019-07-01. Besides the difference in RAAN and mean anomaly between the almanac and reference constellations owing to the long propagation interval between 2020 and 1993, there are the following important differences.

      There are satellites which occupy slots that don’t exist in the reference constellation. These are: G19, which occupies slot C5 G22, which occupies slot E6 G13, which occupies slot F6 and G04, which is listed in slot A6, but is actually very close to G25 in slot F4.

      Additionally, G11, which occupies slot D5 (the expanded slot D2F) is actually halfway between plane C and plane D and G14, which occupies slot F5 (the expanded slot F2F) is between F1 and F4 instead of being between F2 and F3 (i.e., in G13’s position at F6).

      The planes of the constellation are not so well kept as for Galileo, owing to the older age of the constellation and probably to the higher station-keeping costs given by resonances with the Earth’s zonal harmonics, due to the orbital period of half a sidereal day.

      In summary, the real GPS constellation nowadays only resembles the reference constellation vaguely. Thus, the reference constellation is something that only exists on paper and studies of the performance of the constellation, such as this post, should use the real constellation taken from the almanac.

      نتائج

      The average DOPs depending on latitude and longitude are shown in the figures below (you can click them to view them in full size).

      The real Galileo constellation, as taken from the almanac, has the worst performance, since it only has 22 satellites.

      In the GPS constellations we observe a certain dependence of the DOP on the longitude, while in the Galileo constellations it is almost inexistent. The main reason for this is that the GPS ground tracks repeat after 2 orbits (one sidereal day), so the relation of the longitude of the observer with respect to the RAANs of the orbital planes makes a noticeable effect. For Galileo, the ground tracks repeat after 17 orbits (10 sidereal days), so the observer sees the planes from different orientations until the ground tracks repeat, and the longitude dependent effects average out.

      The figures below show the worst DOPs depending on latitude and longitude.

      The dependency on longitude of GPS causes bad spots, where the DOP is much larger. Even the real 31 satellite constellation taken from the almanac has a few of these spots.

      On the other hand, the Walker type constellation of Galileo averages things out completely and provides a more uniform and generally better performance. Note however that some dependence on the longitude comes back once the symmetry of the Walker constellation is broken by introducing 6 spare satellites or by removing the two inactive satellites to obtain the current almanac constellation.

      Incidentally, the current Galileo constellation shows very bad worst VDOP for latitudes near 50 degrees.

      Now we eliminate the dependence on longitude by taking the average across longitude for the case of average DOP and the maximum for the case of worst DOP. The figures below show the average DOPs.

      These plots show that all the constellations have the same qualitative behaviour. The HDOP grows from the equator until around 45 degrees and then decreases towards the poles, where it attains its minimum value. The VDOP plateaus between approximately 20 and 45 degrees, then attains its minimum around 55 degrees and grows towards the poles, where it attains its maximum. The GDOP and PDOP are dominated by the behaviour of the VDOP.

      The figures below show the worst DOPs.

      We see that the current Galileo constellation has very large VDOPs for latitudes between 45 and 50 degrees and for latitudes around 80 degrees. All the GPS constellations have very large DOPs around 62 degrees. Interestingly, the addition of the 6 spares satellites to the Galileo Walker 24/3/1 constellation makes little improvement to the worst DOP.

      We see that the Galileo Walker configuration gives a much flatter, and generally much better worst DOP performance than the GPS constellation. As remarked by Dufour etl., the GPS constellation was not designed with worst DOP performance in mind, but rather with tolerance to satellite failures.

      Code and data

      The code used in this post can be found in this Jupyter notebook. The almanac data, as well as the files storing the DOP results can be found in the same Gihtub repository.


      Deriving Personal Trip Data from GPS Data: A Literature Review on the Existing Methodologies ☆

      GPS technology was used in person trip (PT) survey since mid-1990, and this technology achieved its popularity because of the improvement of accuracy and portability of GPS device. Although GPS data could provide precise spatiotemporal information of vehicular or personal movements, the transportation mode (in the case of personal movements with wearable GPS devices) and trip purpose are unable to be obtained from the GPS directly. In addition, the GPS data error identification and the trip segment from the continuous GPS data are quite fundamental to transportation mode identification and trip purpose inference. In this paper, we summarized the methodologies and input variables utilized to segment trip, infer trip purpose as well as identify transportation mode in the existing researches. Compared to probability method and criteria-based method, Machine Learning are often applied in detecting transportation mode. On the other hand, rules-based methods are more popular than probabilistic method and machine learning as the tool for inferring the trip purpose. Finally, researches attempting to utilize the data from accelerometer which are popularly integrated in smartphones demonstrates the potential of more accurate personal trip data derivation from smartphones can be achieved with much less burden on the respondents in the future.


      شاهد الفيديو: اصلاح GPS وضبط اعداداته