Esivertailu erilaisista satelliittipaikannusmenetelmistä maastomittauksen ja maanrakennuksen tarpeisiin

Abstract

Paikannuksella tarkoitetaan jonkin kohteen sijainnin selvitystä halutun koordinaatiston suhteen. Satelliittipaikannus taas tarkoittaa kiertoradalla olevan satelliitin lähettämän radiosignaalin avulla tapahtuvaa paikannusta.

Tämän työn tarkoituksena on selvittää maanmittauksessa ja rakennusalalla käyttökelpoisten satelliittipaikannusmenetelmien toimintaperiaatteita.

Satelliittinavigointijärjestelmä voidaan jakaa kolmeen osaan: avaruussegmenttiin, joka kattaa kiertoradalla olevat satelliitit, kontrollisegmenttiin, joka kattaa satelliittien valvontaan ja ohjaukseen tarvittavat järjestelmät, sekä käyttäjäsegmenttiin, joka tarkoittaa kaikkia vastaanottimia, jotka käyttävät satelliittien signaalia paikantamisessa.

Paikannus tapahtuu satelliitista lähetettävän signaalin avulla mittaamalla aika, jonka signaali on ollut matkalla. Kun tämä mittaus tehdään vähintään neljälle tai kolmelle mikäli mittaajalla on käytössä oikein kalibroitu atomikello, saadaan kolmiomittaamalla laskettua mittaajan oma sijainti. Satelliitin lähettämässä signaalissa on mukana satelliitin tarkka sijainti kiertoradalla, kellon aika lähetyshetkellä, karkeata kiertoratadataa muille kyseisen järjestelmän avaruussegmenttiin kuuluville satelliiteille ja järjestelmästä riippuen muita viestejä käyttäjälle.

Edellä mainitulla menetelmällä saadaan paikannettua mittaajan vastaanotin suotuisissa olosuhteissa kymmenien metrien tarkkuudella, mikä ei riitä erikoisalojen tarpeisiin. Tämän tähden erilaisia menetelmiä mittaustarkkuuden parantamiseen on kehitetty. Näitä ovat mm. differentiaalikorjaus ja reaaliaikainen kinemaattinen mittaus. Pääpiirteissään kaikki toimivat samalla periaatteella. Tunnetussa sijainnissa oleva vastaanotin laskee vastaanottamiensa signaalien perusteella oman sijaintinsa ja vertaa saatua tulosta todelliseen sijaintiinsa. Tällä pystytään laskemaan satelliittien signaalissa oleva virhe, joka sitten välitetään käyttäjien vastaanottimeen erinäisin menetelmin.

Positioning means measuring the location of a certain point in relation to the used coordinate system. Satellite positioning means acquiring these coordinates through the measurement of signals sent from orbiting satellites.

The purpose of this thesis was to explain the satellite positioning methods that are usable in surveying and construction.

Satellite positioning system can be divided into three segments: space, control and user. Space segment consists of all satellites in the constellation of the particular system. Control segment consists of the stations and equipment needed to oversee and, if necessary, apply corrections to the space segment. User segment consists of all the receivers that make use of the signal from satellites to locate the measurer.

The basic principle of satellite positioning is measuring the time the signal has been en route from the satellite. By measuring the distance to four different satellites, only three required if the measurer has properly calibrated atomic clock in use, it becomes possible to calculate the position of the receiver through trilateration. Satellite signal includes the precise location of the satellite, time when the signal was sent and crude ephemeris data about other satellites in the constellation. Other user messages in the signal are also possible but these vary between the different systems.

With the aforementioned methods the receiver can be located with precision of tens of meters which, while sufficient for basic navigation, is not precise enough for special fields utilizing satellite positioning. Therefore, different systems for improving the precision of measured location have been developed. These include differential corrections and real-time kinematic measurements. All of these basically work in the same way: a receiver in a known location calculates its own position according to the satellite signals and then compares the result to the actual location. Thus the error in the signal can be solved. This error is then delivered to the user receiver through various means.