Μετρήσεις σε δορυφόρους GNSS

Η πραγματική (πρωτογενής) μέτρηση ενός δέκτη στους δορυφόρους GNSS είναι μέτρηση της απόστασης δέκτη – δορυφόρου.  Ο δέκτης GNSS μπορεί είτε να μετρήσει την πραγματική απόσταση δέκτη – δορυφόρου, είτε τη μεταβολή αυτής από τη στιγμή που «κλειδώνει» το σήμα του κάθε δορυφόρου GNSS και για όσο χρόνο έχει συνεχή λήψη του σήματος.

Για τοπογραφικές εφαρμογές χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά μόνο η δεύτερη από τις δύο παραπάνω μετρήσεις, δηλαδή η μέτρηση της μεταβολής της απόστασης δέκτη - δορυφόρου.

H μέτρηση αυτή έχει το μειονέκτημα, ότι δεν είναι γνωστή η αρχική απόσταση δέκτη – δορυφόρου, τη στιγμή που ο δέκτης «κλειδώνει» το σήμα του δορυφόρου και για αυτό η απόσταση αυτή προσδιορίζεται κατά την επίλυση των μετρήσεων. Κάθε φορά που γίνεται διακοπή στη λήψη του σήματος και στη συνέχεια εκ νέου αποκατάσταση αυτής, η αρχική απόσταση δέκτη δορυφόρου επαναπροσδιορίζεται. Ανάλογα με τη διάρκεια της διακοπής στη λήψη του σήματος υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι προσέγγισης για τον τρόπο με τον οποίο ο δέκτης προσδιορίζει την απόσταση αυτή. Για τον λόγο αυτό είναι πολύ σημαντική η συνεχής και χωρίς διακοπές λήψη του σήματος των δορυφόρων.

Για να είναι δυνατόν η μέτρηση να χρησιμοποιηθεί και να προσδιορίσει τη θέση του δέκτη με τοπογραφική ακρίβεια, απαιτείται:

• Να διορθωθούν παράγοντες σφάλματος που επηρεάζουν σημαντικά την ακρίβεια της και οι οποίοι ενδεικτικά είναι:
  • Η ακρίβεια με την οποία γνωρίζουμε την τροχιά των δορυφόρων
  • Η γεωμετρία των δορυφόρων και του δέκτη στο χώρο
  • Η ακρίβεια του χρονομέτρου του δέκτη
  • Η ακρίβεια του χρονομέτρου των δορυφόρων
  • Η καθυστέρηση που εισάγει η ατμόσφαιρα στη διάδοση του σήματος
  • κ.α.
• Να χρησιμοποιηθούν συνδυασμοί πρωτογενών μετρήσεων στην επίλυση που είτε εξαλείφουν κάποιους από τους παραπάνω παράγοντες σφάλματος, είτε προσδιορίζουν τον βασικό άγνωστο της μέτρησης που είναι η απόσταση δέκτη – δορυφόρου, τη στιγμή που ο δέκτης «κλείδωσε» το σήμα του δορυφόρου, όπως:
  • Διαδοχικές μετρήσεις από τον ίδιο δέκτη στον ίδιο δορυφόρο
  • Ταυτόχρονες μετρήσεις από τον ίδιο δορυφόρο σε δύο δέκτες
  • Ταυτόχρονες μετρήσεις από τον ίδιο δέκτη σε περισσότερους από έναν δορυφόρους
  • κ.α.

Από τα παραπάνω προκύπτει, ότι για να έχουμε τους διαθέσιμους συνδυασμούς μετρήσεων ώστε να εξαλείψουμε τα σφάλματα που επηρεάζουν την ακρίβεια της μέτρησης και να προσδιορίσουμε τον βασικό άγνωστο που είναι η αρχική απόσταση δέκτη – δορυφόρου, απαιτείται να έχουμε συνεχόμενες παρατηρήσεις σε περισσότερους από έναν δορυφόρους από δύο τουλάχιστον δέκτες. Και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τελικά να μην προσδιορίζουμε την απόλυτη θέση του δέκτη στον χώρο αλλά τη σχετική θέση του ενός ως προς τον άλλο.

Επιπλέον, για να εξαλείψουμε τον βασικότερο ίσως παράγοντα σφάλματος που είναι η επίδραση της ατμόσφαιρας πάνω στη διάδοση του σήματος κάνουμε την παραδοχή ότι:

→ το σήμα GNSS που λαμβάνουν δύο δέκτες που λειτουργούν ο ένας δίπλα στον άλλο, επηρεάζεται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο και για τους δύο δέκτες από την ατμόσφαιρα, δεδομένου ότι αυτό «διανύει» το ίδιο μέσο την ίδια χρονική στιγμή. Κατά συνέπεια ό,τι σφάλμα εισάγει η ατμόσφαιρα στη λήψη του σήματος στον ένα δέκτη, είναι ακριβώς το ίδιο με αυτό που εισάγει στον δεύτερο.

Με τον τρόπο αυτό, αν ο ένας δέκτης «μετράει» σε ένα γνωστό σημείο (σταθμός αναφοράς) μπορούμε να προσδιορίσουμε κάθε στιγμή, στην πράξη σε κάθε μέτρηση προς τους δορυφόρους GNSS, ποιο είναι το σφάλμα που εισάγει η ατμόσφαιρα στην κάθε μέτρηση του σταθερού δέκτη.

Με βάση την παραδοχή μας, το σφάλμα αυτό είναι το ίδιο με του κινητού δέκτη την ίδια χρονική στιγμή, οπότε προσδιορίζοντας το σφάλμα αυτό από τις μετρήσεις του σταθερού δέκτη (σταθμού αναφοράς) και εισάγοντας το στις μετρήσεις του κινητού δέκτη (rover) μπορούμε να έχουμε τη θέση του δεύτερου με «τοπογραφική» ακρίβεια. Αυτός είναι και ο τρόπος με τον οποίο προσδιορίζεται η θέση του κινητού δέκτη (rover) με μετρήσεις GNSS.

Από τα παραπάνω είναι προφανές ότι όσο μεγαλώνει η απόσταση μεταξύ των δύο δεκτών, όσο δηλαδή απομακρύνεται ο κινητός δέκτης από τον σταθμό αναφοράς, παύει να ισχύει η παραπάνω παραδοχή, εισάγεται σφάλμα στην σχετική θέση των δύο δεκτών και τελικά σφάλμα στον προσδιορισμό της θέσης του κινητού δέκτη (rover).