Bugün öğrendim ki: RTK GPS'in santimetre düzeyinde doğruluk sağlayabildiğini belirtmekte fayda var. Uydu konumlandırmasını çok daha hassas hale getirmek için yakındaki bir baz istasyonundan gelen düzeltme verilerini kullanır. Bazı durumlarda, standart GPS'ten yaklaşık 100 kat daha hassas olabilir.
Konum verilerinin hassasiyetini artırmak için kullanılan uydu navigasyon tekniği
Gerçek zamanlı kinematik konumlandırma (RTK), mevcut uydu navigasyon (GNSS) sistemlerindeki yaygın hataları düzeltmek için uygulanan bir ölçme tekniğidir.[1] Sinyalin bilgi içeriğine ek olarak taşıyıcı dalgasının faz ölçümlerini kullanır ve gerçek zamanlı düzeltmeler sağlamak için tek bir referans istasyonuna veya enterpolasyonlu sanal istasyona dayanarak santimetre düzeyinde doğruluk sunar (bkz. DGPS).[2] Özellikle GPS ile bağlantılı olarak, bu sistem genellikle taşıyıcı faz iyileştirme veya CPGPS olarak adlandırılır.[3] Arazi ölçümü, hidrografik ölçüm ve insansız hava aracı navigasyonunda uygulamaları bulunmaktadır.
Geçmiş
[değiştir]
Ayrıca bakınız: GPS sinyalleri ve GNSS konumlandırma hesaplaması
Bir uydu navigasyon alıcısı ile uydu arasındaki mesafe, bir sinyalin uydudan alıcıya ulaşması için geçen süreden hesaplanabilir. Gecikmeyi hesaplamak için alıcının, sinyal içinde bulunan sözde rastgele ikili diziyi dahili olarak üretilen bir sözde rastgele ikili diziyle hizalaması gerekir. Uydu sinyalinin alıcıya ulaşması zaman aldığından, uydunun dizisi alıcının dizisine göre gecikir. Alıcının dizisi giderek daha fazla geciktirilerek, iki dizi nihayetinde hizalanır.
Elde edilen mesafe ölçümünün doğruluğu, esasen alıcının elektronik sistemlerinin uydudan gelen sinyalleri doğru bir şekilde işleme yeteneğinin ve giderilemeyen iyonosferik ve troposferik gecikmeler, çok yollu sinyal, uydu saati ve efemeris hataları gibi ek hata kaynaklarının bir fonksiyonudur.[4]
Taşıyıcı faz takibi
[değiştir]
RTK aynı genel kavramı takip eder ancak uydu sinyalinin taşıyıcı dalgasını kendi sinyali olarak kullanır ve içinde barındırdığı bilgiyi görmezden gelir. RTK, gezicinin (rover) konum hatasını azaltmak için sabit bir baz istasyonu ve bir gezici kullanır. Bu amaçla baz istasyonu, düzeltme verilerini geziciye iletir.
Önceki bölümde açıklandığı gibi, bir uyduya olan mesafe, temel olarak taşıyıcı dalga boyunun uydu ile gezici arasındaki tam taşıyıcı döngü sayısı ile çarpılıp faz farkının eklenmesiyle hesaplanır. Döngü sayısını belirlemek kolay değildir, çünkü sinyaller faz olarak bir veya daha fazla döngü kaydırılmış olabilir. Bu durum, tahmin edilen döngü sayısındaki hatanın dalga boyuyla (L1 sinyali için 19 cm) çarpımına eşit bir hataya yol açar. "Tam sayı belirsizliği arama problemi" olarak adlandırılan bu sorunun çözümü, santimetre hassasiyeti sağlar. Hata, C/A sinyallerinden gelen ölçümleri karşılaştıran ve birden fazla uydu arasındaki elde edilen mesafeleri kıyaslayan gelişmiş istatistiksel yöntemlerle azaltılabilir. Yakındaki bir baz istasyonu gezici için sapmayı ölçerse, gezici daha karmaşık hesaplamalardan vazgeçebilir.
Kilitlenmede %1'lik bir doğruluk varsayılmaya devam edilirse, bu teknik kullanılarak elde edilebilecek iyileştirme potansiyel olarak çok yüksektir. Örneğin, GPS durumunda, L1 sinyalinde yayınlanan kaba edinim (C/A) kodu 1.023 MHz'de faz değiştirir, ancak L1 taşıyıcısının kendisi 1575.42 MHz'dir ve fazı bin kattan daha sık değiştirir. L1 taşıyıcı faz ölçümündeki ±%1'lik bir hata, baz hattı tahmininde ±1.9 mm'lik bir hataya karşılık gelir.[5]
Pratik hususlar
[değiştir]
Uygulamada RTK sistemleri tek bir baz istasyonu alıcısı ve bir dizi mobil ünite kullanır. Baz istasyonu gözlemlediği taşıyıcının fazını yeniden yayınlar ve mobil üniteler kendi faz ölçümlerini baz istasyonundan alınanla karşılaştırır. Düzeltme sinyalini baz istasyonundan mobil istasyona iletmenin birkaç yolu vardır. Gerçek zamanlı, düşük maliyetli sinyal iletimini sağlamanın en popüler yolu, genellikle UHF bandında bir radyo modemi kullanmaktır. Çoğu ülkede, belirli frekanslar özellikle RTK amaçları için tahsis edilmiştir. Çoğu arazi ölçüm ekipmanı, standart bir seçenek olarak dahili bir UHF bandı radyo modemine sahiptir. RTK, baz istasyonundan yaklaşık 20 km'ye kadar doğruluk iyileştirmeleri sağlar.[6]
Bu, birimlerin bağıl konumlarını milimetre hassasiyetinde hesaplamalarına olanak tanır, ancak mutlak konumları yalnızca baz istasyonunun hesaplanan konumu kadar doğrudur. Tek baz istasyonlu RTK için, cihazına bağlı olarak baz istasyonuna göre yatayda 8mm + 1ppm (milyonda bir / km başına 1mm) ve dikeyde 15mm + 1ppm doğruluk elde edilebilir.[7] Örneğin, 16 km (10 milden biraz az) uzaklıktaki bir baz istasyonu ile bağıl yatay hata 8mm + 16mm = 24mm (bir inçten biraz az) olacaktır.
Bu parametreler RTK tekniğinin genel navigasyon için kullanışlılığını sınırlasa da, teknik ölçme gibi roller için mükemmel bir şekilde uygundur. Bu durumda, baz istasyonu bilinen bir ölçüm konumunda, genellikle bir referans noktasında bulunur ve mobil üniteler bu noktaya göre düzeltmeler alarak son derece doğru bir harita oluşturabilir. RTK ayrıca otomatik sürüş/otopilot sistemlerinde, hassas tarımda, makine kontrol sistemlerinde ve benzeri rollerde de kullanım alanı bulmuştur.
Baz istasyonları
[değiştir]
Sürekli Çalışan Referans İstasyonu (CORS), genellikle bir İnternet bağlantısı üzerinden sürekli olarak düzeltmeler yayınlayan bir istasyondur. Tipik bir CORS kurulumu, ham verilerin (veya düzeltmelerin) gezici alıcıya (yani kullanıcıya) gönderildiği tek bir referans istasyonundan oluşur. Kullanıcı daha sonra taşıyıcı faz farklarını oluşturur (veya ham verilerini düzeltir) ve diferansiyel düzeltmeleri kullanarak veri işlemini gerçekleştirir.
Ağ oluşturma
[değiştir]
Ağ RTK, RTK'nın kullanımını bir referans istasyonları ağı içeren daha geniş bir alana yayar.[8] Operasyonel güvenilirlik ve doğruluk, referans istasyonu ağının yoğunluğuna ve yeteneklerine bağlıdır. Ağ RTK ile, cihaza bağlı olarak en yakın istasyona göre yatayda 8mm + 0.5ppm ve dikeyde 15mm + 0.5 ppm doğruluk elde edilebilir.[7] Örneğin, 16 km (10 milden biraz az) uzaklıktaki bir baz istasyonu ile bağıl yatay hata 8mm + 8mm = 16mm (yaklaşık 5/8 inç) olacaktır.
Bir CORS ağı, CORS'lardan oluşan bir ağdır. Bir CORS ağında doğruluk artar, çünkü birden fazla istasyon doğru konumlandırmayı sağlamaya yardımcı olur ve tek bir baz istasyonunun hatalı başlatılmasına karşı koruma sağlar.[9]
Sanal
[değiştir]
Sanal referans istasyonu (VRS), aynı ağdaki birden fazla yakındaki istasyonu birleştirerek kullanıcının konumuna yakın düzeltmelerin ne olacağını tahmin eden, simüle edilmiş bir referans istasyonudur[10] ve belirgin baz hattı uzunluğunu azaltır. Bir VRS kullanmak, en yakın referans istasyonu standart RTK ile başarılı bir belirsizlik çözümü için çok uzak olduğunda (örneğin > 50 km) doğruluğu artırmaya yardımcı olur.[11]
PPP-RTK
[değiştir]
SSR-RTK olarak da bilinen PPP-RTK, RTK'nın hassas nokta konumlandırma (PPP) teknikleriyle birleşimidir. PPP, yakındaki baz istasyonlarından yerel sözde mesafe düzeltmeleri ("gözlem alanı") almak yerine, uydunun yörüngesi ve saati hakkında küresel olarak uygulanabilir düzeltmeler ("durum alanı") kullanır ve tam sayı belirsizliğini çözmek için uzun bir gözlem süresi kullanır; PPP-AR adı verilen bir varyasyon, belirsizliği daha hızlı çözmek için sapma verileri ekler. PPP-RTK/SSR-RTK, PPP-AR'dan gelen küresel olarak uygulanabilir düzeltmeleri, bir baz istasyonundan gelen konuma bağlı bilgilerle (iyonosfer ve troposferik düzeltmeler) birleştirir. Sonuç olarak, baz istasyonunun yakınındayken RTK kadar hızlı konum düzeltmeleri elde eder. Baz istasyonundan daha uzaktayken, PPP'nin daha hızlı ve daha doğru bir sürümü olarak işlev görür.[12]
Ayrıca bakınız
[değiştir]
Diferansiyel GPS
Avrupa Yer Sabit Navigasyon Servisi (EGNOS)
Galileo konumlandırma sistemi
Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)
GLONASS
BeiDou
NavIC
NTRIP
Referanslar
[değiştir]