Műholdas helymeghatározás

Tartalom

Szerzők, szerkesztők, lektorok, támogatók 3
Előszó 7
Tartalomjegyzék 9
1. A globális helymeghatározásról 15
1.1. A helymeghatározás és annak klasszikus megoldásai 15
1.2. A műholdas helymeghatározás történetéből 16
1.2.1. Vizuális megfigyelések 17
1.2.2. Fotografikus módszerek 17
1.2.3. Lézertechnika 18
1.3. Globális helymeghatározó műholdrendszerek 19
1.3.1. A műholdas helymeghatározás kialakulása 19
Doppler-technika 19
NAVSTAR GPS 20
A GNSS-rendszer fogalma 21
1.3.2. Nagyon hosszú bázisvonalú rádióinterferometria 23
1.3.3. Műholdas helymeghatározás Magyarországon a GPS előtt 25
2. Műholdas helymeghatározó rendszerek 27
2.1. A NAVSTAR GPS és alrendszerei 27
2.1.1. A műholdak alrendszere 28
2.1.2. A földi követőállomások alrendszere 35
2.1.3. A felhasználók alrendszere: GPS-vevőberendezések 36
2.2. GLONASSZ 42
2.3. Galileo 44
2.4. Egyéb rendszerek 46
2.4.1. DORIS 46
2.4.2. PRARE 47
3. A GPS-műholdak által sugárzott jelek és adatok 49
3.1. A műholdak által sugárzott mérőjelek 50
3.1.1. A jelek szerkezete: vivőfrekvenciák és kódok 50
3.1.2. A kódmérés elve 53
3.1.3. A fázismérés elve 54
3.2. A műholdak által sugárzott navigációs adatok 56
3.3. A műholdak által sugárzott egyéb adatok 58
4. A műholdas helymeghatározás elméleti alapjai 61
4.1. A kozmikus geodézia vonatkoztatási rendszerei 61
4.1.1. Égi vonatkoztatási rendszerek 62
4.1.2. Földi vonatkoztatási rendszerek 65
A nemzetközi földi vonatkoztatási rendszer (ITRS) 65
A WGS84 geodéziai vonatkoztatási rendszer 67
Az európai vonatkoztatási rendszer (ETRS89) 69
Helymeghatározó adatok a földi vonatkoztatási
rendszerekben 70
4.1.3. Az égi és a földi vonatkoztatási rendszerek kapcsolata 73
4.2. Időrendszerek 74
4.3. A műholdak pályája 79
4.3.1. A mesterséges holdak mozgása az ellipszis alakú pályán 79
4.3.2. A Kepler-féle pályaelemek átszámítása Földhöz kötött
térbeli derékszögű koordináta-rendszerbe 82
4.3.3. A mesterséges holdak perturbált mozgása 84
4.3.4. A GPS-műholdak koordinátáinak kiszámítása a fedélzeti
pályaadatokból 85
4.3.5. Műholdpályák meghatározása 86
4.4. A műholdas helymeghatározás hibaforrásai 88
4.4.1. Az időadatok hibája 88
4.4.2. A pályaadatok hibája 92
4.4.3. A terjedés közegének hatása 93
Az ionoszféra hatása 94
A troposzféra hatása 100
4.4.4. A jelek vételével kapcsolatos hibák 109
Ciklusugrás 109
Az antenna fáziscentrumának külpontossága 109
Antenna-kalibrálás 110
Többutas terjedés 114
Interferencia-zavarok 117
4.4.5. A műholdgeometria hatása 117
A pontossághígulás (DOP) matematikai értelmezése 118
A pontossághígulás (DOP) geometriai értelmezése 126
4.4.6. Relativisztikus hatások 130
4.4.7. Az abszolút helymeghatározás hibahatás-táblázata 131
5. A GPS-mérések végrehajtása 133
5.1. A mérési módszerekről általában 133
5.2. Statikus mérési módszerek 136
5.2.1. A statikus mérések jellemzői 136
5.2.2. A statikus mérések csoportosítása 139
5.2.3. A statikus mérések gyakorlati bemutatása 143
5.3. Kinematikus mérési módszerek 149
5.3.1. A kinematikus mérések jellemzői 149
5.3.2. A kinematikus mérések csoportosítása 151
5.3.3. A kinematikus mérések gyakorlati bemutatása 152
5.4. Valós idejű mérési módszerek 157
5.4.1. A differenciális GPS (DGPS) módszerei 157
Regionális és globális DGPS-rendszerek 159
Az RTCM adatformátum 160
Adattovábbítási lehetőségek 162
5.4.2. A valós idejű kinematikus (RTK-) módszer 164
6. A mérési adatok feldolgozása 169
6.1. Legkisebb négyzetes becslési eljárások 169
6.1.1. Determinisztikus modell 169
6.1.2. Sztochasztikus modell 172
A Gauss-Markov modell 172
A legkedvezőbb lineáris becslés (BLE) 174
A Kálmán-szűrés 176
6.1.3. A becsült paraméterek statisztikai vizsgálata 178
6.2. A helymeghatározás matematikai modelljei 180
6.2.1. A GPS-mérések linearizált közvetítőegyenletei 180
6.2.2. Kódmérésen alapuló abszolút helymeghatározás 184
6.2.3. Kódmérésen alapuló differenciális helymeghatározás 185
6.2.4. Fázismérésen alapuló relatív helymeghatározás 186
Relatív helymeghatározás rövid távolságon 187
Relatív helymeghatározás nagyobb távolságon 189
Relatív helymeghatározás különbségképzés nélkül 192
6.2.5. A GPS-mérések variancia-kovariancia mátrixa 196
6.2.6. A ciklus-többértelműség feloldása 198
A vivőfrekvenciák lineáris kombinációi 198
A többértelműség feloldásának lehetőségei 201
6.3. Térbeli GPS-hálózatok kiegyenlítése 203
6.3.1. GPS mérési eredmények 203
6.3.2. A vektormérések javítási egyenlete 204
6.3.3. A normálegyenlet-rendszer felírása 205
6.3.4. A normálegyenlet-rendszer mátrixának invertálása 206
6.3.5. Az egyszerre mért vektorok kiegyenlítése 207
Az összes vektor együttes kiértékelése 207
Egyes vektorok kiértékelése 208
6.3.6. A kiegyenlített pontok pontosságának meghatározása 209
6.4. A térbeli koordináták átszámítása elkülönült vízszintes és magassági
rendszerekbe 211
6.4.1. Háromdimenziós transzformációk 212
Térbeli hasonlósági transzformáció 212
A térbeli hasonlósági transzformáció jellemzői 217
A hasonlósági modell hazai alkalmazásának tapasztalatai... 218
Térbeli polinomos transzformáció 220
6.4.2. Kétdimenziós transzformációk 223
Ellipszoidi vetületek alkalmazása 224
GPS-koordináták síkkoordinátákká alakításának más
lehetőségei 226
Azimutokból és távolságokból álló hálózat számítása 227
Kétlépcsős modell alkalmazása 228
6.4.3. Egydimenziós transzformáció 229
6.4.4. Különleges transzformációs megoldások 231
GPS-EOV koordináta-transzformáció neurális hálózattal 231
Közelítő transzformáció a WGS84 és az EOV között 232
Közelítő transzformáció a WGS84 és a hazai Gauss-Krüger vetület között 234
Transzformáció hazai vetületekből WGS84 rendszerbe a
földrajzi koordináták módosításával 236
6.5. Feldolgozó szoftverek 237
6.5.1. Tudományos szoftverek 238
Bernese 239
GIPSY-OASIS II. 241
6.5.2. Kereskedelmi szoftverek 242
6.5.3. Néhány egyszerűbb szoftver 244
6.5.4. Vevő- és megoldásfüggetlen adatcsere-formátumok 246
RINEX (Receiver INdependent EXchange) formátum 246
SINEX (Solution INdependent EXchange) formátum 247
7. GPS-szolgálatok, geodéziai alapok, GNSS-infrastruktúra 251
7.1. A Nemzetközi GPS Szolgálat tevékenysége és szolgáltatásai 251
7.2. Európa egységes geodéziai és geodinamikai alapjainak létrehozása 254
7.2.1. Az EUREF hálózat fokozatos létrehozása 255
7.2.2. EUREF permanens GPS-hálózat 257
7.2.3. Egységes európai magassági rendszerek 259
7.2.4. Az egységes európai gravimetriai hálózat létrehozása 262
7.2.5. A geoid európai felületdarabjának meghatározása 262
7.3. Geodéziai alapok Magyarországon 264
7.3.1. Magyarország hagyományos és műholdas geodéziai
hálózatai 264
Elsőrendű vízszintes (háromszögelési)
alapponthálózataink 266
Elsőrendű magassági (szintezési) alapponthálózataink 272
Gravimetriai alapponthálózataink 273
Magyarországi háromdimenziós hálózatok létesítése 273
7.3.2. Vetületek, térképrendszerek, térképi adatbázisok 274
Vetületi rendszerek 274
Magyarországi térképrendszerek 280
Térképi adatbázisok 284
7.4. Az országos GPS-hálózat 285
7.4.1. A GPS-hálózatok létesítésének igénye 285
7.4.2. A kerethálózat létesítése 286
7.4.3. A sűrített hálózat létesítése 288
Szemlélés 288
Mérés és terepi feldolgozás 288
A Dunától keletre eső hálózatrész kiegyenlítése 289
A dunántúli hálózatrész kiegyenlítése 290
7.4.4. Az OGPSH és az EOVA összehasonlítása 291
7.5. A magyarországi GNSS-infrastruktúra 292
Az infrastruktúra első generációja 294
A második generációs infrastruktúra 294
A harmadik generációs infrastruktúra 296
7.6. A háromdimenziós geodézia távlatai 297
Változások a vonatkoztatási rendszerben 298
Változások a geodéziai hálózatok létesítésében 300
A méréstechnika és a pontosság összehasonlítása 302
8. A műholdas helymeghatározás geodinamikai és geodéziai alkalmazása 305
8.1. Geodinamikai célú mérések 305
8.1.1. A nagy pontosságú mérések feltételei 305
A szélső pontosság méréstechnológiai feltételei 305
A GPS-mérések szélső pontosságú feldolgozása 307
8.1.2. Geodinamikai vizsgálatok 309
Globális vizsgálatok 310
Regionális vizsgálatok 310
Nemzeti vizsgálatok 313
Lokális vizsgálatok 321
8.2. Geodéziai célú mérések a mérnöki gyakorlatban 322
8.2.1. Vízszintes alappontsűrítés 322
Tervezés 323
Mérés 327
Feldolgozás 330
8.2.2. Magasságmeghatározás 333
A GPS-technikával végrehajtott magasságmeghatározás
alapjai 334
GPS magasságmeghatározás a gyakorlatban 336
8.2.3. Felmérés, kitűzés, mozgásvizsgálat 339
A felmérés és a kitűzés sajátosságai 339
Az RTK-kitűzés munkafolyamata 341
Alkalmazási példák, esettanulmányok 343
9. A GPS néhány további alkalmazási területe 351
9.1. Földtani alkalmazások 351
9.2. Térinformatikai alkalmazások 353
9.2.1. Alapfogalmak 353
9.2.2. Térinformatikai adatgyűjtés néhány egyszerű lépésben 356
9.3. Fotogrammetriai alkalmazások 358
9.4. Építőmérnöki alkalmazások 361
9.5. Bányamérési alkalmazások 365
9.6. Hidrológiai és környezetvédelmi alkalmazások 369
9.7. Aeronómiai és meteorológiai alkalmazások 375
9.7.1. Aeronómiai alkalmazás 376
9.7.2. Meteorológiai alkalmazás 378
9.8. Mezőgazdasági alkalmazások 381
9.9. Erdészeti alkalmazások 387
9.10. Katonai alkalmazások 394
9.11. Szabadidős és sportcélú alkalmazások 397
9.11.1. A kézi navigációs vevők fejlődése és szolgáltatásai 397
9.11.2. Kézi navigációs GPS-vevők a szabadidős tevékenység és a
sport szolgálatában 403
10. Navigáció GPS-technikával 409
10.1. Alapfogalmak 409
10.1.1. A navigációs eljárások rövid története 409
10.1.2. Navigációs alapfogalmak, mértékegységek, jelölések 413
10.2. Légi navigáció 416
10.2.1. A légi navigációs eljárások és rendszerek áttekintése 416
10.2.2. Navigáció az útvonal menti repülésben 418
10.2.3. A le- és felszállás navigációja 419
10.3. A szárazföldi közlekedés navigációja 422
10.3.1. Járműkövetés 422
10.3.2. Járműnavigáció 423
10.3.3. Intelligens közlekedési rendszerek 425
10.4. Tengeri és vízi navigáció 426
11. A fejlődés lehetséges irányai 427
11.1. A GPS korszerűsítése 427
11.2. A GLONASSZ korszerűsítése 429
11.3. A Galileo megjelenése és szolgáltatásai 430
11.4. A globális helymeghatározás várható hatása a navigációra 432
11.5. A globális helymeghatározás várható hatása a geodéziára 435
Irodalomjegyzék 437
Rövidítések és magyarázatuk 447
Név- és tárgymutató 453

Témakörök