GPS różnicowy

Zwiększenie dokładności i pewności działania dzięki systemowi różnicowemu

Dla zwiększenia dokładności i pewności działania stosuje się rozszerzenie GPS o różnicowe stacje stałe (referencyjne), komunikujące się z systemem pokładowym. Stacje referencyjne GPS mają precyzyjnie określone koordynaty przestrzenne. Dzięki temu, iż błędy obserwowane przez dwa odbiorniki znajdujące się w tym samym obszarze są skorelowane, stacje te na bieżąco porównując swoje współrzędne z wynikami pomiarów określają dane różnicowe, czyli po naszemu poprawki dla poszczególnychych satelitów. Konspekty www.polfirm.pl www.polskafirma.eu Systemy różnicowe zapewniają dane GPS wolne od błędów i przerw, wywołanych przez niejednorodność warstw atmosfery, opóźnień sygnałów wskutek odbić od obiektów terenowych czy okresowo powstających odchyleń w satelitarnych wzorcach czasu. Przede wszystkim jednak praktycznie znoszą działanie Selective Availability. Pomysł korekcji różnicowej nie jest nowy - wywodzi się od okresowo wydawanych tabel korekcyjnych dla radionawigacyjnych systemów nawigacji dalekodystansowej. Nie wiem kiedy i gdzie po raz pierwszy zastosowano radiową transmisję poprawek różnicowych, ale była ona stosowana już w morskich odbiornikach systemu hiperbolicznego Omega.

Zasadniczo systemy różnicowe pracują dwoma metodami: w czasie rzeczywistym - wprowadzając do odbiornika drogą radiową poprawki, dostarczane przez równolegle pracujący odbiornik bazowy o znanych współrzędnych anteny,

zapamiętując rezultaty pomiarów wykonanych przy użyciu odbiornika ruchomego i bazowego i późniejsze wyliczenie danych korekcyjnych dla odbiornika ruchomego.

Największe zastosowanie praktyczne ma metoda pracy w czasie rzeczywistym. Przy jej użyciu osiąga się dokładność 0,5 - 2 m. Jej zastosowanie wymaga, oprócz odbiorników bazowych i ruchomych, kanału łaczności do transmisji poprawek.
Systemy różnicowe o dużym zasięgu są określane jako WAAS (Wide Area Augmentation System) i służą do zastosowań geodezyjnych i nawigacji ogólnej. Wprowadzenie WAAS nad obszarami lądowymi ma parę zalet nie do pogardzenia w dzisiejszym zatłoczonym świecie:

Możliwość użycia jednego systemu jako podstawowego środka nawigacyjnego: po starcie, w trasie, do podejścia i do lądowania.

Możliwość ustalenia precyzyjnego podejścia do każdego lotniska, jakiego dane znajdują się w pamięci systemu zarządzania lotem.

Możliwość wytyczania dróg lotniczych nie uzależnionych od lokalizacji naziemnych pomocy radionawigacyjnych.

Możliwość upchnięcia więcej samolotów w drogach lotniczych poprzez obniżenie separacji między samolotami, i to z zachowaniem bezpieczeństwa na dotychczasowym poziomie.

Uproszczenie systemów nawigacyjnych samolotów komunikacyjnych (długo jeszcze tylko tych, które nie zamierzają lecieć nad terytoria, których nie stać na nowe zabawki).

Możliwość pozbycia się ILSów klasy I, starych radiolatarni NDB i innych mało przydatnych a kosztownych rzeczy.

Jako kanał DGPS dla żeglugi są stosowane istniejące bezkierunkowe radiolatarnie brzegowe (podobne do NDB), pracujące w zakresie 285-325 kHz. Cyfrowe dane są nadawane emisją A1D przy użyciu techniki FSK (Frequency Shift Keying - jedynki i zera są różnymi tonami). Typowa prędkość transmisji wynosi 100 bitów na sekundę. W Polsce pracują dwie stacje różnicowe: Dziwnów (54°1'N, 14°E) na 288 kHz i Rozewie (54°49'N, 18°20'E) na 311 kHz.
Dla zastosowań lotniczych przyjęto technikę pseudosatelitów (z amerykańska zwanych pseudolitami). Pseudosatelita, będący de facto naziemną stacją referencyjną, używa tej samej częstotliwości i sposobu kodowania co "normalne" satelity. Kody poszczególnych pseudosatelitów choć mają tą samą długość co kody satelitów są od nich różne i dobrane tak by uniknąć szkodliwej interferencji. Najpowszechniej stosowanym standardem transmisji jest RTCM-104 (Radio Technical Commision For Marine Services), w którym poprawki różnicowe zawiera depesza nawigacyjna pseudosatelity.
Najbardziej perspektywicznym systemem stacji różnicowych GPS/GLONASS jest europejski program EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), będący częścią projektu cywilnego systemu nawigacji GNSS-2 (Global Navigation Satellite System). Projekt przewiduje użycie czterech do sześciu satelitów geostacjonarnych w charakterze orbitalnych stacji DGPS. Taki różnicowy segment satelitarny (SBAS - Satellite Based Augmentation System) pozwala uzyskać pokrycie większej części powierzchni Ziemi.
Nowe możliwości stosowania poprawek róznicowych otwiera projekt Eurofix, opracowany przez holenderski uniwersytet w Delft przy współpracy prywatnych firm. Pomysł polega na przesyłaniu poprawek różnicowych GPS wraz z sygnałami systemu hiperbolicznego LORAN.
Systemy o zasięgu lokalnym są określane jako LAAS (Local Area Augmentation System) albo LADGPS (Local Area Differential GPS). Projektuje się użycie LADGPS tam, gdzie WAAS nie sięga, albo w rejonach, w których trzeba lokalnie podnieść jego dokładność i niezawodność. Największe zalety systemów różnicowych o zasięgu lokalnym to:

Systemy lądowania kategorii II i III.

Podejścia do lądowania, także "łamane", jak w MLS kategorii II i III.

Prowadzenie samolotów także po powierzchni lotniska.

Projekty przepisów ICAO (SARP - Standards and Recommended Practices) dotyczących LAAS będą rozpatrywane już w tym roku. Tym niemniej nie należy spodziewać się wielkich rewolucji, szczególnie w dziedzinie podejścia do lądowania kategorii III.

Autor:

Jacek Tomczak - Janowski