Chyby systému http://www.gpsweb.cz
GPS - Ing. Jiří Bain, provozovna Dukelská 38, 37001 České Budějovice, LAT 48° 58,021' N, LONG 14° 28,749' E (WGS 84), IČO 70665508, DIČ 077-5505070472, eBanka 343453001/2400, info@gpsweb.cz, +420 602814101. Mapa. Outlook-vizitkaVizitka. Stránka byla upravena 2.1.2003 8:26:06.

Zaujaly Vás možnosti navigace, nebo lokalizace s využitím GPS ? Pak je nejvyšší čas na
bezplatnou a nezávaznou praktickou ukázku !

Nic není dokonalé a tak i systém GPS má své mouchy a to jak z pozice své technologie a principu, tak z pozice atmosférických podmínek, kterými prochází signál od družic.


Míra přesnosti v určení polohy


Jako v jiných navigačních systémech i zde je dosahována určitá míra přesnosti ve stanovení polohy a rychlosti vlivem působení jistých chyb systému GPS. Ty jsou složeny z chyby měření vzdálenosti (pseudorange error) násobené hodnotou tkv. geometrické odchylky od přesnosti (GDOP-Geometric Dilution of Precision). O velikosti obou chyb nebo výsledné velikosti jsme přijimačem trvale na displeji informováni. Chyba měření vzdálenosti má statistický (pravděpodobnostní) charakter a tedy i udávané hodnoty přesnosti stanovení polohy jsou vlastně statistické odhady s danou pravděpodobností. Obvykle se udávají hodnoty pro 50% (CEP) nebo 67% (DRMS) interval, který zaručuje, že udávané hodnoty přesnosti je dosaženo v uvedeném procentu stanovených poloh. Proto je třeba brát s rezervou údaje v katalogu (např. 15 m), které u stanovení chyby polohy neudávají pro jakou hodnotu pravděpodobnosti vlastně platí. Na velikosti chyby měření se podílí ionosférické zpoždění (asi do 20m ve dne a 6m v noci) a troposférické zpoždění signálu (do 30m), chyba v efemeridách družic (menší než 3m) a chyba družicových hodin (menší než 3m) . Hodnoty přesnosti zde uvedené platí pro navigační přístroje.

Druhá část pro chyby značovaná jako GDOP vyjadřuje vliv geometrického rozložení družic nad obzorem v okamžiku měření. Dosažitelná minimální hodnota GDOP je rovna jedné.


Ionosférická refrakce


Signál z družice prochází na cestě k uživateli ionosférou, ve které dochází k ionosférické refrakci. Signál dostávající se k uživateli jde po delší cestě než skutečně má. Refrakce se dá potlačit několika způsoby:

Ionosférická refrakce představuje největší přirozenou chybu systému GPS.


Mnohacestné šíření


Signál jdoucí od družice k anténě přijímače se šíří přímou cestou za předpokladu že nenastal odraz od okolních předmětů (multipath). V tomto případě jde signál po cestě delší. Omezit mnohocestné šíření signálu lze:

Multipath představuje nejzávažnější přirozenou chybu GPS.


Předešlý text jsem převzal z http://beruna.misto.cz/_MAIL_/gps/princip.html. Jméno jeho autora neznám.


S-A


Selective Availability - výběrová dostupnost byla 1. května 2000 vypnuta. Spočívala v záměrném zhoršování přesnosti měření manipulováním se signálem družic tak, že i pokud byl přijímač v klidu, docházelo k pomalé zdánlivé změně jeho polohy v okruhu 64 m (do března 1999 dokonce 100 m).


GPS a nadmořská výška


GPS a nadmořská výška nešly moc dohromady, dokud byl civilní sektor GPS ovlivňován záměrně zaváděnou umělou chybou (tzv. SA). Jestliže tolerance v rovinných souřadnicích v minulosti dosahovaly až plus mínus 100 metrů, v nadmořské výšce to bylo ještě horší. Rozptyl výškových údajů plus mínus 150 metrů (i více, někdy méně) byl pro orientaci v horách příliš veliký a GPS navigátor jako výškoměr prakticky nepoužitelný. Kvalitní barometrické výškoměry (ať klasické mechanické nebo moderní elektronické) se "vejdou" do tolerancí řádově desetkrát meších!

Vše se však změnilo zrušením umělé chyby SA začátkem května 2000. Turistické GPSky od té chvíle hlásí výšku prakticky stejně přesně jako barometrické výškoměry. Samozřejmě za předpokladu dobrých příjmových podmínek, kdy nebeská báň není příliš cloněna pro GPS signál nepřekonatelnými překážkami. Na druhou stranu mají výškové údaje z GPS tu výhodu, že je "nerozhodí" změna tlaku a teploty vzduchu při změně počasí.

Zkrátka a dobře, zatímco běžné "baro" výškoměry je nutné pravidelně a co nejčastěji kalibrovat na místech se známou výškou, u GPS tato starost odpadá. Musíme ovšem sledovat množství přijímaných satelitů a sílu signálu - pokud je vše vpořádku a údaj o předpokládané polohové chybě (EPE) má malou hodnotu, pak se můžeme i na nadmořskou výšku z GPS plně spolehnout.

Aby to nebylo až tak snadné, má to háček. I když při opakovaných měřeních stále na jednom známém místě (vrchol, sedlo, chata) zjistíme velmi malé tolerance výškových údajů z GPS, mohou se lišit (a většinou se liší) od údajů na mapě nebo ve štítu chaty. Rozdíly jsou dány rozdíly systémů.

GPS je geocentrický systém. Ve středu Země se protínají tři pomyslné osy x, y, z. Každý bod na povrchu Země i nad ní má svoji vlastní polohovou GPS "adresu", složenou z koordinát x, y, z. Tyto systémové souřadnice jsou teprve pak převedeny do tvaru, s nímž si rozumí naše mapa (zeměpisná délka a šířka, nebo rovinné souřadnice různých kilometrových sítí). A k tomu navíc z GPS dostaneme údaj nadmořské výšky.

Výškové údaje na mapách, vrcholech, chatách a dalších orientačních bodech však doposud vycházejí z klasických měření, vztažených k mořské hladině. Jelikož hladiny moří a oceánů nejsou ve stejné úrovni, existují rozdíly ve výškových údajích podle toho, od hladiny kterého moře jsou měřeny.

A proto také najdeme rozdíl mezi výškou z GPS a mapy. Podstatné však je, že rozdíl mezi GPS a mapou je na malém území prakticky konstantní. Na nových kvalitních mapách na tento rozdíl upozorňuje legenda. Například na Alpenvereinskarte 1:25.000 Blatt 26 Silvrettagruppe se píše, že výškové údaje z GPS jsou v průměru o 49 m větší než nadmořské výšky na tomto mapovém listu.

Pokud legenda nic nepraví (nebo si chceme odchylku ověřit se svým přístrojem, což je moudré), stačí na prvním známém místě rozdíl zjistit - a při všech dalších měřeních v daném regionu rozdíl k údaji z GPS přičíst nebo jej odečíst. To podle toho, zda GPSka na známém místě udala menší nebo větší výšku než mapa.

Tak třeba když jsme v létě testovali několik GPS navigátorů, ve Vysokých Tatrách u hladiny Ladového plesa Magellan GPS 315 hlásil 1947 m, přičemž na mapě (vynikající podrobný plán Vysokých Tater od Josefa Hlaváčka) je údaj 1925 m. V Dolomitech jsme s Garminem 12 XL zjistili odchylku okolo 19 metrů s tím, že GPSka výšku opět nadhodnocovala. Pro jednoduchost jsme rozdíl zaokrouhlili a od výšky z GPS odečítali 20 metrů. Vše pak krásně hrálo a v naprosté většině případů jsme (díky tam a tehdy výborným příjmovým podmínkám) zaznamenali tolerance pod 10 metrů! Dokážete to s barometrickým výškoměrem, v průběhu mnoha dnů a za střídavého počasí, bez velmi časté kalibrace? Určitě ne!

Prakticky ve stejné době se zrušením umělé chyby SA přišli někteří výrobci na trh s novou generací přístrojů, které v jednom celku integrují GPS, barometrický výškoměr a elektronický kompas (narozdíl od GPS ukazuje azimuty i na stole, když se nepohybuje) - GARMIN eTrex Summit, SILVA Multinavigator. Mohlo by se zdát, že se netrefili do správné chvíle a odstranění SA z integrovaných přístrojů okamžitě udělalo hříčky anachronismu. Zdá se, že tomu tak není. Spojení GPS s barometrickým čidlem a jejich vzájemná spolupráce díky inteligentnímu software může mít (kromě výhody zálohování) jisté výhody. O tom někdy příště, až s integrovanými GPS "multinavigátory" nashromáždíme více zkušeností.


Článek GPS a nadmořská výška pochází z http://www.malypruvodce.cz/, jeho autorem je Vladimír Procházka.