Satellitmätning eller GPS-mätning

Satellitmätning innebär positionsbestämning med hjälp av satellitpositioneringssystem. Om satellitmätning används huvudsakligen termen GPS-mätning, men numera talar man också om global GNSS-mätning (Global Navigation Satellite System). Då används förutom GPS-systemet även andra satellitpositioneringssystem för att bestämma läget.

Positionsbestämning

Satelliter sänder radiosignaler på olika frekvenser. Signalernas bärvågor förses med binära koder som utnyttjas vid positionsbestämning. Satellitbaserad positionsbestämning indelas i absolut, differentiell och relativ positionsbestämning.

Absolut positionsbestämning

Absolut positionsbestämning utförs med hjälp av en separat mottagare, t.ex. en handnavigator, som mottar den signal som satelliten sänder. Då används huvudsakligen signalernas observationer av C/A-koder (Coarse acquisition). När den mottagna koden jämförs med den kod som genererats i navigatorn framgår signalens gångtid, från vilken avståndet till satelliten kan räknas ut. Mottagarens läge kan bestämmas eftersom uppgifterna om satelliternas lägen förmedlas med signalen. Minst fyra satelliter krävs för positionsbestämning.

Differentiell positionsbestämning

Differentiell positionsbestämning, eller DGPS, minskar de fel som förekommer i samband med positionsbestämning med hjälp av differentiell korrigering. Korrigeringarna förmedlas till mottagaren via radio eller mobiltelefon.

Differentiell korrigering förmedlas i Finland bl.a. av Sjöfartsverket, DGPS-korrigering även av Geotrim Oy, som använder GSM/GPRS-uppkopplingar i VRS-nätet.

Relativ positionsbestämning

Relativ positionsbestämning grundar sig på att utnyttja satellitsignalernas bärvåg. Minst två mottagare behövs för positionsbestämning, av vilka den ena finns på en punkt vars koordinater är kända. Vid mätningen bestäms koordinatskillnaderna mellan mottagare.

När mottagaren låser sig till satellitsignalen mäter mottagaren den aktuella bärvågens fas. Från och med den här tidpunkten börjar mottagaren beräkna antalet till signalen kommande hela våglängder. När satelliten rör sig på sin bana syns avståndsförändringen i antalet anlända våglängder som mottagaren beräknat. Då flera satelliter har observerats under en tid kan man utgående från våglängderna beräkna satellitens avstånd från mottagaren.

Den relativa positionsbestämningens viktigaste tillämpningar är statisk GPS-mätning och RTK-mätning.

• Statisk GPS-mätning sker genom efterberäkning och lämpar sig t.ex. för mätning av noggranna fixpunktsnät och för olika slags deformationsmätningar.
• Vid RTK-mätning, eller kinematisk mätning i realtid (Real Time Kinematic) utförs beräkningen i realtid. Detta innebär att man får koordinaterna för de mätta punkterna genast då de mäts. I samband med RTK-mätning behövs en dataförbindelse mellan mottagaren på den kända punkten och kartläggningsmottagaren.

Nätverks-RTK-mätning

Den konventionella RTK-mätningen har under senaste år blivit ersatt av nätverks-RTK-metoden som baserar sig på fasta basstationer. I Finland och vid Lantmäteriverket används en virtuell VRS-metod (Virtual Reference Station). Avsikten med metoden är att i närheten av kartläggningsmottagaren skapa en virtuell basstation som bestäms med hjälp av observationer från det fasta basstationsnätet och avbildningen av olika felkällor.

Mätning i VRS-nätet

• Kartläggningsmottagaren (mätaren) sänder uppgifter om sin position till VRS-datacentralen via GSM/GPRS-uppkopplingen.
• Datacentralen skapar en virtuell basstation till den plats där mätaren finns.
• Datacentralen placerar i den virtuella basstationen observationsdata från den närmaste egentliga basstationen samt bestämmer och interpolerar de felkällor som påverkar observationerna på den plats där den virtuella basstationen är belägen.
• Därefter börjar datacentralen sända RTK-korrigeringar till kartläggningsmottagaren som om de skulle komma från en basstation som skulle ligga intill mätningsplatsen.

Med en dylik nätverksmetod blir noggrannheten bättre än med en konventionell RTK-metod, eftersom man nästan helt och hållet blir av med felet som beror på avståndet. Användningen av metoden betyder dessutom kostnads- och tidsbesparingar eftersom det är möjligt att avstå från en egen basstation samt dess uppsättning.

Felkällor vid positionsbestämning

Flera störande faktorer, som kallas för felkällor, påverkar satellitbaserad positionsbestämning.

• Just nu utgör atmosfären den största felkällan. Jordatmosfärens jonosfär och troposfär påverkar satellitsignalens utbredningshastighet och framträder således som fel i satelliternas avstånd.
• Solens aktivitet påverkar Jordens jonosfär och tycks variera i perioder på 11 år. För närvarande ökar solens aktivitet och går mot sitt maximum som väntas äga rum år 2013.
• Övriga felkällor är bl.a. fel angående satellitklockor och bestämmande av satellitbanor, fel som beror på mottagaren och flervägsfel (positioneringssatellitsignalen anländer inte direkt till mottagarens antenn utan reflekteras från något föremål eller någon yta).
• Satellitgeometri, dvs. satelliternas inbördes position i rymden påverkar positioneringens noggrannhet. Matematiskt uttrycks satellitgeometrins goda och dåliga sidor med DOP-tal (Dilution Of Precision). Ju mindre tal desto mindre är satellitgeometrins verkan på positioneringens noggrannhet. Satellitigeometrin är tillräckligt bra, när det vanligaste PDOP-värdet (Position DOP) är mindre än 6.

Vid absolut positionsbestämning är det möjligt att minska påverkan av fel t.ex. med jonosfär- och troposfärmodeller. I samband med differentiell positionsbestämning kan man nästan helt och hållet undgå fel tack vare bestämda korrigeringar. Vid relativ positionsbestämning kompenserar felkällorna delvis varandra enligt använd beräkningsmetod. Med en tvåfrekvensmottagare kan fel som jonosfären orsakar bestämmas och elimineras.

Positioneringsnoggrannhet

Tabellen visar ungefärliga noggrannhetsvärden för olika positionsbestämningsmetoder. I synnerhet i fråga om absolut positionsbestämning kan noggrannheten variera avsevärt beroende på mätningsplats, satellitgeometri och andra felkällor.