od Pomineme-li konstrukci a rozdělení přijímačů GPS podle jejich určení, pak mezi důležité charakteristiky přijímačů GPS patří zejména:
- Doba potřebná pro získání první polohy po zapnutí,
- kritérium výběru družice a
- autonomní sledování integrit.
Doba potřebná pro získání první polohy po zapnutí
Doba získání prvé polohy po zapnutí – TTFF (Time-to-First-Fix) je doba, kterou přijímač potřebuje k získání družicového signálu a navigačních dat a k výpočtu prvního řešení polohy.
Počátek TTFF je určen od kompletní inicializace přijímače – přijímač je „vyzván“ k určování polohy. Inicializace přijímače zahrnuje testy přijímače a případné vstupy operátora (u služby PPS možnou aktivaci klíčů). Někteří výrobci uvádějí hodnoty TTFF1 a TTFF2. TTFF1 je založena na získání C/A-kódu a pak s jeho využitím i P-kódu. TTFF2 je založena na přímém získaní P-kódu.
TTFF je funkcí počátečního stavu přijímače, které také závisí na jeho konstrukci. Obvykle se definují tři typy TTFF:
- WARM START (teplý start),
- COLD START (studený start,
- HOT START (horký start).
Hlavní faktory ovlivňující typ TTFF:
- správná data almanachu a efemerid,
- úroveň GPS signálu,
- změna polohy vypnutého přijímače – v horizontální rovině o 100 km od poslední známé pozice,
- doba, po jakou byla vyhodnocena předchozí TTFF.
Teplý start (Warm Start)
„Teplý“ neboli normální start přijímače GPS je založen na předpokladu, že přijímač má ve své paměti uložena data almanachu družic, nedošlo ke změně polohy v rádius 100 km, čas by měl být znám s přesností 20 s, rychlost s přesností 25 m/s. Almanach družic by neměl být starší než několik týdnů a efemeridy musí odpovídat skutečnému stavu (nebo raději žádné). Stejně tak záleží na kvalitě signálu a k dispozici by měly být přinejmenším čtyři družice s HDOP < 6. Přijímač by měl jednoznačně určit, které družice jsou v dosahu, proto automaticky stáhne/aktualizuje data efemerid. Teplý start obvykle trvá cca 45 sekund u novějších modelů do 10 s. Tyto časy se však mohou u různých modelů výrazně lišit.
Studený start (Cold Start)
Jako „studený“ start se označuje případ, kdy není splněna některá z výše uvedených podmínek pro „teplý“ start. Tento případ je typický pro přijímač, který je přivezen od výrobce, z opravy nebo byl resetován. Důvodem pro studený start mohou být tyto další skutečnosti:
- poslední známá poloha je vzdálena o více jak 100 km než poloha skutečná,
- z přijímače byly vyjmuty baterie a v přijímači není udržován datum a čas,
- zastaralá data almanachu (i několik měsíců),
- nekvalitní příjem signálu (listnatý poros, hustá zástavba aj.)
Tyto případy mohou samozřejmě nastat i za jiných okolností a mohou být kumulovány. Za těchto podmínek musí přijímač systematicky „prohledávat oblohu“, pokud nenajde družice, neobnoví čas a současný almanach. Studený start může trvat od 2 do 4 minut. V případě nutnosti získání celého almanachu z navigační zprávy i 12,5 minuty.
Horký start (Hot Start)
Horký start trvá přibližně 22 sekund. Podmínkou tohoto režimu jsou odpovídající data individuálních efemerid pro alespoň pět družic a aktivace přijímače do dvou hodin od posledního výpočtu polohových informací. Někdy se namísto charakteristiky TTFF používá charakteristika vyjadřující čas rekvizice určení polohy a označuje se TTSF (Termed Time to Subsequent Fix). Pro periodu výpomoci několik hodin je typický TTSF řádově 10 s.
Kritéria výběru družic
Přijímače GPS vybírají družice, které se použijí k určení polohy, rychlosti nebo času, pomocí různých algoritmů. Důležitá kritéria pro výběr družic zahrnují:
- Zdraví družice,
- faktory DOP,
- faktor URA,
- elevační úhel.
Údaje o „zdraví“ družice jsou vysílány pro všechny družice ve 4. a 5. podrámci navigační zprávy a také v 1. podrámci pro vysílající družici. Pokud je družice v rámci navigační zprávy indikována jako nezdravá, neměla by být zahrnuta do výpočtu.
Důležitým faktorem přesnosti určení polohy nebo času je faktor DOP. Kombinace družic, která má nejmenší hodnotu DOP, poskytuje při stejné přesnosti určení všech pseudovzdáleností nejpřesnější řešení. Podle účelu měření je možné jako kritérium pro výběr družic vybrat PDOP, HDOP nebo TDOP (viz Vliv geometrické konfigurace družic).
Faktor URA je také údaj, který je vysílán v 1. podrámci navigační zprávy každé družice. Je to předpovězená, ale negarantovaná hodnota přesnosti určení pseudovzdálenosti. Přesnost určení pseudovzdálenosti ovlivňuje i elevační úhel, pod kterým se nachází družice vůči rovině horizontu. Na dráhu a tranzitní čas signálu družice s malým elevačním úhlem má ionosféra a troposféra mnohem větší nepříznivý vliv než na signál družice s větším elevačním úhlem. Typicky nejnižší hodnota elevačního úhlu, pod kterým se signály družic již programově nepřijímají je 5°. Elevační maska pomáhá také redukovat problémy s vícecestným šířením signálů (multipath).
Techniky autonomního sledování integrity
Obecně se pod pojmem integrita systému rozumí schopnost systému zajistit uživateli včasné varování před tím, že nepracuje ve stanovených tolerancích (že jej není možné v daném okamžiku použít). Integrita systému se vyjadřuje pravděpodobností výskytu nezjištěné poruchy systému.
Řada přijímačů GPS obsahuje algoritmy, které dovolují sledovat integritu. Pro účely sledování integrity musí přijímače sledovat více než čtyři družice. Tato funkce nezávisí na architektuře (konstrukci) přijímače. Přijímače sledující integritu v určitém časovém okamžiku počítají polohu několikrát, vždy s jinými čtyřmi družicemi. Rozdíly ve výsledných polohách pak dovolují identifikovat a vyloučit chybnou družici. Sledování alespoň pěti družic dovoluje určit, že jedna družice je chybná, a sledování alespoň šesti družic dovoluje navíc určit, která družice je chybná. Sledování integrity mohou pomoci i údaje o čase nebo výšce získané z externích zdrojů.
Algoritmy sledování integrity se označují jako algoritmy FDE (Fault Detection and Exclusion), algoritmy RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) nebo AIM. Tyto algoritmy „chrání“ integritu každého řešení, které vystupuje z přijímače.
Tento text přísluší serveru http://www.path.cz
Zdroj: offline JANUS P., PETERA V., OLŠOVSKÝ V., Survey-Lab.com
Další informace:
http://en.wikipedia.org/wiki/RAIM
http://www.starsnav.com/rimages/338/MTI-4-spec.pdf
http://www.ngs.noaa.gov/
http://www8.garmin.com/manuals/1294_WFDEPredictionProgramInstructions.pdf
