SlideShare a Scribd company logo

Diplomamunka_BME_BSc

•
•
Z
Zolt Kopp
1 of 79
Download to read offline
DIPLOMAMUNKA A METEOROLÓGIAI CÉLOKAT SZOLGÁLÓ KÖZEL VALÓSIDEJŰ AUTOMATIKUS GPS FELDOLGOZÁS MEGVALÓSÍTÁSA -2010- Készítette Koppányi Zoltán Építőmérnök-hallgató Tanszéki konzulens Dr. Rózsa Szabolcs Egyetemi docens BME Általános és Felsőgeodéziai Tanszék Ipari konzulens Dr. Kenyeres Ambrus Főtanácsos Földmérési és Távérzékelési Intézet
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 8. oldal Tartalomjegyzék 1. Bevezetés.................................................................................................................................. 11 2. Szótár......................................................................................................................................... 13 3. Táblázat és ábrajegyzék...................................................................................................... 14 4. GPS mérések feldolgozása.................................................................................................. 15 Bevezetés........................................................................................................................................... 15 A GPS helymeghatározás alapja ........................................................................................................ 15 Koordinátarendszer középpontja...................................................................................................... 16 Műhold.............................................................................................................................................. 17 Vevők................................................................................................................................................. 18 GPS mérések hibahatásai és azok kiküszöbölési lehetőségei ........................................................... 18 Műhold hibája ................................................................................................................................... 18 Időmérés hibája............................................................................................................................. 18 Pályaadatok hibája........................................................................................................................ 19 Terjedés közben fellépő hiba ............................................................................................................ 19 Ionoszféra hatása.......................................................................................................................... 19 Troposzféra.................................................................................................................................... 19 Ciklusugrás..................................................................................................................................... 19 Többutas terjedés.......................................................................................................................... 20 Interferencia zavarok..................................................................................................................... 20 Vevő hibák......................................................................................................................................... 20 Antenna fáziscentrum külpontosság............................................................................................. 20 Hagyományos geodéziai hibák...................................................................................................... 21 Egyéb hibahatások............................................................................................................................. 21 Műholdgeometria hatása.............................................................................................................. 21 Relativisztikus hatások .................................................................................................................. 21 GPS méréstechnikák.......................................................................................................................... 22 A hagyományos statikus-relatív mérések feldolgozásának elméleti háttere.................................... 24 5. Használatban a Bernese...................................................................................................... 26 A Bernese........................................................................................................................................... 26 A telepítés.......................................................................................................................................... 26 Telepítés Windowsra......................................................................................................................... 28 Telepítés Ubuntu Linuxra .................................................................................................................. 28 A program frissítése .......................................................................................................................... 30
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 9. oldal Bernese könyvtárstruktúrája............................................................................................................. 30 GPS mérések kézi feldolgozása Bernese segítségével....................................................................... 32 Bernese első indítása......................................................................................................................... 33 Az adatok előfeldolgozása................................................................................................................. 33 Fájlelnevezési konvenciók ................................................................................................................. 34 Menü változók................................................................................................................................... 36 Új kampány létrehozása.................................................................................................................... 37 Session definiálása............................................................................................................................. 38 Dátum beállítása................................................................................................................................ 38 Bernese hibajelzései.......................................................................................................................... 39 RINEX fájlok összevonása (CCRINEXO) .............................................................................................. 40 RINEX fájl importálása (RXOBV3) ...................................................................................................... 41 Pólus fájl importálása (POLUPD) ....................................................................................................... 42 Táblázatos pálya fájl létrehozása (PRETAB)....................................................................................... 43 Sztenderd pályák meghatározása (ORBGEN) .................................................................................... 44 Kódmérés feldolgozása (CODSPP)..................................................................................................... 46 Bázisvonalak létrehozása (SNGDIF)................................................................................................... 48 Fázismérések előfeldolgozása (MAUPRP) ......................................................................................... 50 A feldolgozás ..................................................................................................................................... 51 Feldolgozási stratégiák ...................................................................................................................... 52 Paraméter meghatározás (GPSEST)................................................................................................... 53 Bernese Processing Engine (BPE) ...................................................................................................... 57 6. Meteorológia és GPS ............................................................................................................. 61 Bevezetés........................................................................................................................................... 61 Elméleti fizikai háttér......................................................................................................................... 61 Hidrosztatikus és nedves összetevők meghatározása....................................................................... 65 Vízgőztartalom meghatározása......................................................................................................... 67 Lokális Tm modell Magyarország területére...................................................................................... 68 Zenit irányú késleltetések meghatározása a gyakorlatban............................................................... 68 A földfelszíni hőmérsékletről............................................................................................................. 70 7. A feldolgozó szerver megvalósítása................................................................................ 71 Bevezetés........................................................................................................................................... 71 Követelmény specifikáció.................................................................................................................. 71 A szerver architektúrája .................................................................................................................... 72
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 10. oldal A segédprogramok ............................................................................................................................ 73 A MeteoAdministrator ...................................................................................................................... 75 Az adatbázis....................................................................................................................................... 78 A webszerver és a honlap.................................................................................................................. 79 A feldolgozási folyamat ..................................................................................................................... 80 További fejlesztési lehetőségek......................................................................................................... 82 8. Összefoglalás........................................................................................................................... 83 9. Irodalomjegyzék.................................................................................................................... 85
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 11. oldal 1. Bevezetés Az emberiség története során folyamatosan nagy szerepet játszott a helymeghatározás, valamint az időjóslás. Gondoljunk csak a nagy felfedezések korára. Az akkori hajós embereknek nem csak azt kellett tudniuk merre felé is hajóznak, de tapasztalatból meg tudták állapítani milyen viharok várhatóak. Hogy ezeket megállapítsák folyamatosan az eget kémlelték. Mára a tudomány hatalmas fejlődésen ment keresztül. Az Egyesült Államok globális helymeghatározó rendszere – a GPS – a Föld körül keringő műholdak segítségével képes bárhol, bármikor koordinátát szolgáltatni. A GPS technikák folyamatos fejlődése révén lehetőség mutatkozott a helymeghatározó rendszer alkalmazására más tudomány területeken. Többek között ilyen a meteorológia is. Ennek a lehetőségét éppen az teremtette meg, hogy a légkör bizonyos légrétegei hibákat okoznak méréseinkben. Többnyire ezeket a hibákat ki szeretnénk küszöbölni a meghatározás folyamán, ám a meteorológiai célú mérések feladata ezen hibák kimutatása, modellezése. Ebben az esetben a koordinátákat ismertnek tételezzük fel, és a légköri modell paramétereit számítjuk egy túlhatározott problémakörben. A GPS technikával végzett meteorológiai célú méréseknek a magyar, illetve idegen nyelvű szakirodalomban meg vannak az előzményei. A gyakorlatban létezik már egy európai szintű projekt, az E-GVAP, melynek célja egy kontinentális hálózat kiépítése integrált vízgőztartalmak szolgáltatására közel valós idejű adatok alapján. Ennek előzménye egy korábban demonstrációs céllal működő hálózat, amely a COST 716 projekt néven futott. Ezen kívül további kutatási projektekre is támaszkodnak, mint például a MAGIC és TOUGH. Magyarországon többen foglalkoztak a témával. Köztük Rózsa és munkatársai (2009) határoztak meg módszert a zenit irányú nedves késleltetések alapján számítható integrált vízgőztartalom meghatározására hazánk területére. A dolgozat témája egy automatikus GPS mérések feldolgozására szolgáló szerver kialakítása, illetve ezt követően meteorológiai célú adatok szolgáltatása. Ennek során bemutatásra kerülnek a GPS technika alapjai, a mérések feldolgozásának gyakorlati lehetőségei, a meteorológiai adatok előállításának módszerei. Az első fejezetben áttekintően ismertetésre kerülnek a műholdas helymeghatározás elméleti alapjai, a mérések során fellépő hibahatások és a feldolgozás lehetséges lépései. A második fejezet a Bernese szoftver ismertetését célozza meg, melyet a mérések feldolgozása folyamán használtam. A leírás pontosan részletezi egy feldolgozás folyamatát. A szoftver azonban számtalan módon paraméterezhető, melyeket nem tárgyalok. A célom ezzel a fejezettel egy jól használható leírás elkészítése e tudományos célú szoftverről.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 12. oldal A harmadik fejezetben – melynek a GPS és meteorológia címet adtam – ismertetem a GPS mérések segítségével előállítható zenit irányú nedves késleltetések meghatározásának módját. A fejezet elején az elméleti fizikai lehetőségeket boncolgatom az angol szakirodalom alapján, majd az egyes troposzféra modellek ismertetésére kerül sor, végül a meghatározás tényleges megvalósítását mutatom be. A negyedik fejezet az általam kialakított szerver architektúra ismertetését célozza. Ennek során bemutatásra kerülnek a rendszer megvalósított komponensei: segédprogramok, adatbázis, honlap. Az ütemezési feladatot egy általam fejlesztett program vezérli. Ennek használata és működésének leírása zárja a fejezetet. A dolgozathoz tartozik egy CD melléklet, melyen megtalálhatóak azok a könyvtárstruktúrák, programok és beállítások, illetve fejlesztett megoldások, melyek segítségével a szerver reprodukálható. A nem saját szoftverek licencével kapcsolatban a főkönyvtár licence.txt fájlja ad leírást. Ezen kívül a CD tartalmazza még a forráskódokat, és e dolgozatot PDF formátumban. Koppányi Zoltán építőmérnök-hallgató Budapest, 2010. május 9. Köszönetnyilvánítás Szeretnék köszönetet mondani Dr. Rózsa Szabolcsnak, belső konzulensemnek, a dolgozatban való közreműködéséért, segítőkészségéért.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 13. oldal 2. Szótár A dolgozat írása során nagymértékben támaszkodtam az angol szakirodalomra, ennek köszönhetően találkoztam olyan kifejezésekkel, melyeket a magyar szakirodalomban nem találtam. Egyes esetekben saját magam használok kicsit eltérő terminológiát. Ezeket összegyűjtve közlöm itt. Angol kifejezés Magyar kifejezés satellite-difference műhold-differenciák (kettős különbségek) station-difference állomás-differenciák (hármas különbségek) time window mérési ablak float solution lebegőpontos megoldás float coordinates lebegőpontos koordináták
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 14. oldal 3. Táblázat és ábrajegyzék 1. ÁBRA - MŰHOLDAS HELYMEGHATÁROZÓ RENDSZEREK MEGHATÁROZÁSI ELVE ............................................ 16 1. TÁBLÁZAT - PÁLYA ADATOK CSOPORTOSÍTÁSA ................................................................................................ 17 2. ÁBRA - CIKLUSUGRÁS SZEMLÉLTETÉSE ............................................................................................................. 20 2. TÁBLÁZAT - GPS MÉRÉSEK HIBAHATÁSAI.......................................................................................................... 22 3. TÁBLÁZAT - A TELEPÍTETT KÖNYVTÁRAK........................................................................................................... 30 4. TÁBLÁZAT - BERN50 KÖNYVTÁR TARTALMA..................................................................................................... 31 5. TÁBLÁZAT - GPSDATA KÖNYVTÁR TARTALMA .................................................................................................. 32 6. TÁBLÁZAT - GPSUSER KÖNYVTÁR TARTALMA................................................................................................... 32 3. ÁBRA - A BERNESE KÉPERNYŐKÉPE................................................................................................................... 33 4. ÁBRA - AZ ELŐFELDOLGOZÁS FOLYAMATÁBÁRJA ............................................................................................ 34 5. ÁBRA - RINEX FÁJLOK FÁJLELNEVEZÉSI KONVENCIÓJA ..................................................................................... 35 7. TÁBLÁZAT - NÉHÁNY MENÜ VÁLTOZÓ.............................................................................................................. 36 6. ÁBRA - PÉLDA BERNESE FIGYELMEZTETÉSRE .................................................................................................... 40 7. ÁBRA - A VIVŐHULLÁM TERJEDÉSE KÖZEGBEN ................................................................................................ 62 8. TÁBLÁZAT - GYAKORLATBAN HASZNÁLT BERNESE BEÁLLÍTÁSOK METEOROLÓGIAI CÉLÚ GPS FELDOLGOZÁSOKHOZ................................................................................................................................... 69 8. ÁBRA - A SZERVER ARCHITEKTÚRÁJÁNAK ÁBRÁJA............................................................................................ 72 9. ÁBRA - GMT SEGÍTSÉGÉVEL AUTOMATIKUSAN ELŐÁLLÍTOTT ZENIT IRÁNYÚ KÉSÉSEK TÉRKÉPE ..................... 74 10. ÁBRA - GMT SEGÍTSÉGÉVEL AUTOMATIKUSAN ELŐÁLLÍTOTT INTEGRÁLT VÍZGŐZTARTALMAK TÉRKÉPE ..... 74 9. TÁBLÁZAT - A METEOADMINISTRATOR KAPCSOLÓI ......................................................................................... 75 11. ÁBRA- A METEOADMINISTRATOR KÉPERNYŐKÉPE......................................................................................... 75 12. ÁBRA - A PREPROCESSING FÜL........................................................................................................................ 76 10. TÁBLÁZAT - A GMT FELDOLGOZÓ FÁJL HELYETESÍTŐ SZTRINGJEI .................................................................. 77 13. ÁBRA - AZ ADATBÁZIS FELÉPÍTÉSE .................................................................................................................. 79 14. ÁBRA - A METARDATA TÁBLA ......................................................................................................................... 79 15. ÁBRA - KÉPERNYŐKÉP A HONLAPRÓL............................................................................................................. 80 16. ÁBRA - A FELDOLGOZÁS FUTÁSA PARANCSSORI ABLAKBAN .......................................................................... 81 17. ÁBRA - GMT KÉPEK AZ INTEGRÁLT VÍZGŐZTARTALOMBÓL A KÁRPÁT-MEDENCÉBEN................................... 83 18. ÁBRA - AZ E-GVAP (FELÜL) ÉS A SAJÁT (ALUL) MÉRÉSEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA............................................... 84
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 15. oldal 4. GPS mérések feldolgozása Bevezetés A fejezet célja a GPS mérések feldolgozásának elméleti megközelítése egy rövid áttekintés keretében, amelyben bemutatom a feldolgozás során használt módszereket. Nagyobb hangsúlyt a meteorológiai célú GPS mérések feldolgozására kívánok helyezni. A dolgozat terjedelme nem engedi meg, illetve nem is lehet célja e témával részletekre kiterjedően foglalkozni. Ezek az információk részletesen megtalálhatóak a szakirodalomban. A GPS helymeghatározás alapja A legegyszerűbb GPS mérés során a feladatunk egy vektor háromszög megoldása. A három vektorból legalább kettőnek ismertnek kell lennie, hogy a harmadikat meg tudjuk határozni. A műhold helyzetét – azaz helyvektorát – ismerjük a föld tömegközéppontjába helyezett koordinátarendszerben. A műhold folyamatosan különböző frekvenciájú modulált rádióhullámokat szór a földfelszín felé. Ha ismert a hullám műholdból való kibocsátásának, illetve a vevőhöz való beérkezésének időpontja, ismerve a rádióhullám terjedése sebességét a vevő-műhold távolság megkapható: ‫ݎ‬௥௦ ൌ ܿ ‫כ‬ ∆‫,ݐ‬ (1) ahol rrs – a vevő-műhold távolság c – a fény terjedési sebessége vákumban ∆t – a jel futási ideje A két ismert vektorból az álláspont helyvektora már számítható. A képletből látszik, hogy a meghatározás szempontjából az időmérésnek kiemelt jelentősége van. A műholdakon alkalmazott atomórák pontossága nem vethető össze a felhasználók kvarcórájával. Emiatt a szükséges egyszerre látott három műhold helyett, mely a műhold-vevő vektor három koordinátakomponensének meghatározásához elegendő lenne, kibővül négyre, mivel a vevő órahibája is ismeretlenként szerepel az egyenletrendszerben. A vektorok mentén, mint helyvektorok kijelölhető a mérések három komponense: koordinátarendszer középpontja, vevő(k), és műhold(ak).
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 16. oldal 1. ábra - Műholdas helymeghatározó rendszerek meghatározási elve Koordinátarendszer középpontja Vektoraink valamely jól meghatározott koordinátarendszerben értelmezzük. Ez a gyakorlatban az 1991-ben az IUGG (International Union of Geodesy and Geophysic) által bevezetett a földdel együtt forgó ITRS (International Terrestrial Reference System) vonatkoztatatási rendszer, melynek megvalósulása az ITRF (International Terrestrial Reference Frame), ami 500 földi állomás 800 pontja kozmikus geodéziai módszerrel meghatározott, és együttesen kiegyenlített koordinátái. A koordinátarendszer kezdőpontja a Földnek a légkörrel és óceánokkal együtt vett tömegközéppontja, Z tengelye a Föld ún. közepes forgástengelye a J2000 epochában (egybeesik az IERS Reference Pole, IRP), az X irány az IERS által meghatározott szintfelületi meridiánsík (IERS Reference Meridian, IRM) és a Z tengelyre a geocentrumból merőleges sík metszésvonal, az Y irány úgy helyezkedik el, hogy a koordinátarendszer jobb sodrású legyen. Az ITRF rendszert folyamatosan javítják, az új rendszereket ITRFyy1 jelzéssel látják el. Mivel a vevő mérései helyi koordinátarendszerben adottak, így azokat át kell transzformálnunk ITRS koordinátarendszerbe. Mivel annak Z tengelye a közepes forgástengelyre vonatkozik így szükséges ismernünk a valódi és a közepes forgástengelyek eltéréseit. Ezeket nevezzük földforgási paramétereknek (Earth Rotation Parameters, ERP). A földforgás paraméterek szabadon elérhetőek az International GNSS Service (IGS) weboldaláról, vagy más FTP tükörszerverről (pl.: http://igs.bkg.bund.de). A fájlokat 6 óránként teszik közzé. 1 yy – az adott év utolsó két számjegye
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 17. oldal Műhold Abban az esetben, ha a Földet és műholdat pontszerűnek tekintjük, a két test problémával szembesülünk, melyet - a mi esetünkben2 - a Kepler törvények írnak le. Ám a műholdak a Föld nehézségi erőterében mozognak, mely nem pontszerű, sőt állandó a tömegátrendeződés, továbbá egyéb perturbációs hatások (Nap, Hold, bolygók, napszél) is fellépnek. Emiatt a műholdakat a földi követőállomások rendszere folyamatosan követi. Lézeres távmérés és GPS technika segítségével ún. simuló Kepler pályákhoz határoznak meg pályaelemeket3 , amiket közé is tesznek. A pályamegoldások pontossága függ attól, hogy milyen gyorsan van szükségünk az adatra. A legfrissebb pályaadatokat a műholdak is közvetítik navigációs üzeneteikben (fedélzeti pályaadatok). A pályamegoldások az alábbi táblázatban láthatóak. Az egyes pályaadatok letölthetőek az IGS weboldaláról, vagy más FTP (http://igs.bkg.bund.de) tükörszerverről. Az ultra rapid pálya fájlok a következő napra is tartalmaznak becsült pályákat. Pálya Pontosság [cm] Rendelkezésre állás Frissítés Fedélzeti (broadcast) 260 azonnal nem frissítik Ultra rapid 25 azonnal naponta kétszer Rapid 5 17 óra naponta Végleges, precíz <5 Kb. 13 nap hetente 1. táblázat - Pálya adatok csoportosítása Az első műholdat 1976-ban lőtték fel, mára az ún. Block IIA, IIR és IIR-M típusú műholdakat használnak, melyeket nagyobb pontosságú atomórával láttak el elődjeiknél. A Block IIR-M műholdak már a GPS modernizáció első lépéseként már L2C kódsugárzásra is képesek. Valamennyi pályasík az Egyenlítő síkjával 55 fokos szöget zár be. A pályákon a műholdak úgy helyezkednek el, hogy a Föld bármely pontján, bármely napszakban látható legyen legalább négy műhold, ugyanis ez szükséges ahhoz, hogy meghatározhassuk a helyzetünket. A műholdak elektromágneses hullámokat sugároznak a Föld felszíne felé, melyeket a vevőberendezések fognak (passzív technika). Ezeket vivőhullámoknak nevezzük, melyeket modulálnak, így információt jutatnak el a vevőnek. Kétféle vivőfrekvencián sugároznak a műholdak jeleket. Az L1 vivőfrekvencia 1575,42 MHz-en, míg az L2 1227,60 MHz-en. Ezeket a következő kódokkal modulálják (a fázis és kódmérésről lásd lejjebb GPS méréstechnikák résznél): • C/A kód: nagyon rövid frekvenciájú, minden műhold esetén más és más, ezen a vivőfrekvencián történő kódmérés 10 m-es, fázismérés 1-2 mm pontossággal hajtható végre 2 vagyis egy bolygó és a körülötte keringő égitest esetén 3 A 2 pályaelem adja meg a pályaellipszis alakját, 2 pályaelem a pályasík helyzetét, 1 a pályaellipszis pályasíkon való elhelyezését határozza meg, míg fennmaradó pályaelem határozza meg a műhold helyét a pályán egy adott időpillanatban.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 18. oldal • P-kód: hosszú frekvenciájú, a műhold azonosítását itt az teszi lehetővé, hogy a kód egy részlete egyedileg azonosítja a műholdat, az ezen a kódon történő kódmérés 1 m, a fázismérés 0,3 mm pontossággal hajtható végre4 • W-kód: a P-kódot titkosítja • Y-kód: a P és W-kódokat összeadva nyerjük az Y kódot, mely nem hozzáférhető a polgári felhasználók számára Mindkét vivőfrekvencia tartalmazza a navigációhoz szükséges információkat. Ilyenek többek között: a műhold Kepler pályáinak elemei, óra- és ionoszféra-paraméterek, korrekciók, almanach adatok. Vevők A piacon sok fajta vevőberendezés különböző árkategóriában beszerezhetőek. Ezeket alapvetően három kategóriába sorolhatóak. A körülbelül méter pontosságú navigációs GPS műszerek már pár tízezer forinttért megvásárolhatóak. Ilyeneket használnak gépjármű-navigációra. Ezek abszolút helymeghatározásra használhatóak. A második csoportba a térinformatikai vevők tartoznak. Ide sorolhatjuk a DGPS technikát, mellyel elérhető a subméteres pontosság, de geodéziai célokra ezek sem használhatóak. A harmadik csoport a nagypontosságú geodéziai célú GPS műszerek. Ezek a műszerek már támogatnak különféle mérési technikákat (relatív helymeghatározás, RTK stb.), melyekkel akár a milliméteres pontosság is megközelíthető. Ebben a csoportban alapvetően az egyfrekvenciás, illetve a kétfrekvenciás műszerek tartoznak. A kétfrekvenciás műszerek esetén is megkülönbözhetünk hagyományos, illetve valós idejű feldolgozást lehetővé tevő eszközöket. A műszereket a gyártók általában saját feldolgozó szoftverrel szállítják. GPS mérések hibahatásai és azok kiküszöbölési lehetőségei A következőekben ismertetem a vevő és műhold között történő mérések hibahatásait. Ezeket a műhold, majd a közeg, végül a vevő szerint csoportosítva közlöm. Utolsó részként az egyéb hibahatásoknál a geometriai, illetve a relativisztikus hibahatásokat tárgyalom. Műhold hibája Időmérés hibája Bár a műholdak rendelkeznek atomórával (frekvenciaetalonok), azokat időnként igazítani kell a GPS rendszeridőhöz. A Block I és Block II tip. műholdakon rubídium és cézium frekvenciaetalonokat, míg az újabb típusú Block IIR műholdakon hidrogén mézert használnak. Ezek működését befolyásolják a változó hőmérséklet, mágneses tér, illetve az öregedés. A hibát utólagos korrekcióval a földi követőállomások javítják, illetve megfelelő mérési, és feldolgozási technikákkal kiküszöbölhetőek. 4 Forrás: Ádám et al.: Műholdas helymeghatározás
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 19. oldal Még szót kell ejteni az órák mesterséges lebutításáról. Ezt hívták korlátozott hozzáférésnek (SA), melyet napjainkban már nem alkalmaznak. Bevezetésének okai katonai megfontolások voltak. Pályaadatok hibája A műholdakra különböző perturbációs hatások hatnak, melyek a Nap, Hold és a többi égitest gravitációs mezője okoz. Ezeket modellek használatával vehetjük figyelembe. Ilyen például – amit én is használok a feldolgozás során – a JPL (Jet Propulison Laboratory) DE200 modellje. Meg kell említeni még a pályaadatok mesterséges lebutítását is (SA), melynek katonai indítékai voltak. Terjedés közben fellépő hiba Ionoszféra hatása A deciméteres nagyságrendű rádióhullámoknak – amilyenek a műholdak által sugárzott vivőfrekvenciák is – a légkör magas ion tartalmú rétege, az ionoszféra diszperzív közeg. Ennek köszönhetően ez a légréteg késést okoz a vivőfrekvencia futási idejében. Hatása többféleképpen figyelembe vehető. Méréssel megmérhető az ionoszféra elektrontartalma. Ezt a módszert Japánban alkalmazzák. Így a hatás 80 %-a vehető figyelembe. Más módszer, amennyiben sok fölös méréssel rendelkezünk, hogy ismeretlenként bevonjuk a számításba. Harmadik módszer, hogy valamilyen modell alapján számítjuk. A megfelelő feldolgozási technika használatával azonban ki is ejthető. Erre lehetőséget kínál az L3 ún. ionoszféra-mentes lineáris kombináció. Ennek során az L1 és L2 értékeivel olyan lineáris leképezést alkalmaznak, amely rövid hullámhosszú frekvenciát eredményez, amely már mentes az ionoszféra hatásaitól. Troposzféra A dolgozat egyik tárgya. Részletesen lásd a Meteorológia és GPS c. fejezetet. Ciklusugrás Ez a probléma akkor keletkezik, amikor mérés közben valamilyen tereptárgy, vagy objektum kitakarja az adott műholdat. Ekkor a fázismérés ciklusszámlálása során hiba keletkezik. A ciklusugrások lokalizálása ún. tripla differenciák segítségével történhet. Amennyiben megtaláltuk a ciklusugrás helyét, eldönthető, hogy a teljes ciklusugrás előtti/utáni mérést kivesszük, vagy új ciklus- többértelműséget vezetünk be.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 20. oldal 2. ábra - Ciklusugrás szemléltetése Többutas terjedés Ez a jellegű probléma akkor keletkezik, amikor a közelben lévő tereptárgyakról a vivőhullám visszaverődik, és visszaérkezik a vevőbe. A probléma kód-, és fázismérések esetén is jelentkezhet, de míg kódmérés esetén tíz méteres hibát is okozhat, a fázismérés esetében a ciklusszámlálás miatt ez az érték legfeljebb a vivőhullámhossz fele. A hiba elkerülhető a megfelelő álláspont megválasztásával. Interferencia zavarok A probléma forrása, hogy olyan hullámokat sugároz valaki, szándékosan, vagy tudtán kívül, mely a műholdak által sugárzott jeleket zavarják. A probléma törvényi szabályozással, és annak betartásával, illetve betartatásával oldható meg. Vevő hibák Antenna fáziscentrum külpontosság A központosított műszer állótengelye és az antenna elméleti fekvőtengelyének síkja által alkotott metszéspont, illetve a beérkező jelek vevőoldali elektronikai végpontja külpontos. Ez az érték főleg magasságilag okoz eltérést. Az eltérés függ a jel beérkezésének magassági szögétől, illetve attól is, hogy L1 vagy L2 vivőhullámról van-e szó. Meghatározását az is nehezíti, hogy nem csak műszertípusok között, de az egyes műszerek között is különböző értékű lehet. Az adott műszerre érvényes értékeit kalibráló laboratóriumban határozhatjuk meg. Ezen kívül az internetről (http://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL) rendelkezésünkre áll a különböző műszer típusokra jellemző
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 21. oldal fáziscentrum külpontosságot leíró fájl, mely az egyes vivőfrekvenciákra, bizonyos magassági szög felett közli annak értékét. Hagyományos geodéziai hibák Meg kell említenünk, hogy a GPS vevőműszer felállításakor is fellépnek a hagyományos geodéziai jellegű hibák. Ilyenek többek között a pontra állás hibája, vagyis a műszer állótengely nem megy át az adott ponton, illetve az állótengely függőlegessége nem biztosított. Ezen kívül bekövetkezhet a műszerlábak süllyedése hosszabb mérések esetén. Bár ezek a hibák kisebb mértékben vannak hatással a mérésre, ugyanis nem mérünk irányokat, ahol ezen hibák kis változása is nagy mértékű eltérést okozhatnának. Továbbá ezek a hibák többnyire elhanyagolhatóak az egyéb hibaforrásokhoz képest. Egyéb hibahatások Műholdgeometria hatása A meghatározás pontossága nagymértékben függ a kialakult geometriától. Ez jelenti azt is, hogy az egyes állomások hogyan helyezkednek el egymástól, illetve azt is, hogy egy műszer esetén hány műholdat, milyen magassági szög mellett látunk. A probléma érzékeltetése céljából idézek Ádám et al.: Globális helymeghatározás könyvéből: „… képzeljük el, hogy egy síkkordináta rendszerben valamely pont helyét két egyenes metszéspontjaként keressük. Mindaddig, amíg az egyenesek helyzetét hibátlannak tekintjük, a metszéspont egyértelműen meghatározott egyetlen pont… Abban a pillanatban azonban, amikor az egyenes helyzetében bizonytalanságot engedünk meg, a metszéspont helyett a síknak egy tartományát kapjuk meg, amelyen belül a megoldás különböző valószínűséggel ugyan, de bárhol adódhat”. Relativisztikus hatások A felszínen lévő vevő, illetve a Föld körül keringő műhold különböző gravitációs erőtérben gyorsulva mozognak, ezért érvényesül az általános és speciális relativitáselmélet törvénye, többek között • a műhold pályáját a valóságos Föld nehézségi erőtere zavarja, • a jel terjedési alakját az euklideszi térben értelmezett műhold-vevő távolsághoz képest a Föld nehézségi erőtere megváltoztatja, melynek értéke lehet akár 18 mm is, mely fázismérések különbség képzésekor kiesik, • a műhold órája máshogy jár, mint a Földi órák, ennek oka az eltérő sebesség, és a különböző nehézségi erőtér. Végül tekintsük át az egyes hibahatásokat (Ádám et al.: Globális helymeghatározás alapján) abszolút helymeghatározás esetén, a nagyságrendek áttekintése céljából:
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 22. oldal Hibaforrás Eltérés [m] Ingadozás [m] Eredő [m] Műhold pálya 2,3 0,0 2,3 Műhold óra 2,0 0,7 2,1 Ionoszféra 4,0 0,5 4,0 Troposzféra 1,0 1,0 1,4 Többutas terjedés 1,0 1,0 1,4 Interferencia zavarok 0,5 0,2 0,5 Műhold geometria Kb 11,0 2. táblázat - GPS mérések hibahatásai GPS méréstechnikák A különböző GPS méréstechnikákat négy csoportba sorolhatjuk be, melyek a következőek: • A mért jel szerint: E szerint megkülönböztethetünk fázismérés és kódmérésesen alapuló helymeghatározást. A kódmérés során tulajdonképpen a tényleges futásidőt mérjük, ezzel az elérhető pontosság deciméteres nagyságrendű. A fázismérés során a nem egész számú utolsóként beérkező fázist tudjuk meghatározni. A megelőző egész számú fázisok meghatározását a ciklus-többértelműség feloldásának nevezzük, az egész részeket pedig ciklus-többértelműségeknek. Ezzel a módszerrel milliméteres nagyságrendben tudunk helyzetet meghatározni. • Az állomások száma szerint: E szerint megkülönböztethetünk, olyan eseteket, amikor egy állomás, vagy több állomás mér egyszerre. Az előbbit abszolút helymeghatározásnak, az utóbbit relatív helymeghatározásnak hívjuk. Az abszolút helymeghatározás esetén is természetesen mérhetünk egymás után több pontot, de ezek a mérések teljesen függetlenek egymástól. Ebben az esetben korábban már láttuk, hogy legalább négy műholdat kell látnia a vevőnek. Ezen az alapon végzett mérés nem felel meg a geodéziai igényeknek, de térinformatikai, autó-, hajó-, ill. repülő navigációra megfelelő. A relatív helymeghatározás során két, vagy több állomás egyszerre rögzít adatokat. Előnye, hogy a több állomáson végzett mérések együttesen kiegyenlíthetőek, a gyakorlati alkalmazások során, természetesen kényszert is visznek a hálózatba (pl. egy állomás koordinátáinak megkötése, ha az ismert), ezáltal a méréshibák csökkenthetőek, így az elérhető pontosság nő. • Az állomások helyzetváltozása szerint: E szerint a csoportosítás szerint megkülönböztethetünk statikus és kinematikus méréseket. A statikus mérés során a vevők mindegyik mozdulatlan (természetesen az adott koordinátarendszerben), míg kinematikus mérések esetén, vevők közül egy, vagy több mozog. • A feldolgozás időpontja szerint: E szerint megkülönböztethetünk valós idejű, ill. utólagos feldolgozást. A valós idejű feldolgozás során, az eredmények szinte azonnal megjelennek a
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 23. oldal műszer kijelzőin. Mint majd később látni fogjuk, hogy ebben az esetben – bizonyos méréstechnikák mellett – meg kell oldania a korrekciók vételét, amiket egy másik állomás sugároz, hogy ezzel növeljük a mérés pontosságát. Az utólagos feldolgozás során nem a mérés idejében határozzuk meg az eredményeket, hanem utólagosan egy későbbi időpontban. A feldolgozás előnye, hogy olcsóbb, mint a valós idejű, ezen kívül az IGS által szolgáltatott adatokkal, a pálya, és referencia állomás koordináta megoldások pontosabbak, így nő a feldolgozás által elérhető pontosság. A mérési módszerek az egyes csoportosítások, mint halmazok metszeteként értelmezhetjük: • Statikus-abszolút mérések: A mérés során egyetlen vevő koordinátáinak meghatározása álló helyzetben kódmérés segítségével. Ekkor a mérések eredményeit átlagolja a feldolgozó szoftver, mellyel pontosság javulás érhető el. Geodéziai célokra nem szokás használni. A műszerek ezzel a módszer adnak tájékoztató jellegű koordinátákat. • Kinematikus-abszolút módszer: Ezzel a technikával találkozhatunk jármű-, hajó-, repülő- navigáció esetén. Cél az egyetlen mozgó vevő koordinátáinak meghatározása kódméréssel. Katonai célú alkalmazásának célja a rakéták, UAV, és egyéb katonai eszközök minél pontosabb célhoz jutatása. • Statikus-relatív módszer: Több mozdulatlan vevővel egy időben mérünk. A relatív mérési technikának köszönhetően a hibahatások csökkenthetőek, illetve ki is ejthetőek ún. különbség képzéssel. A módszer tovább osztályozható hagyományos statikus, gyors statikus, illetve visszatéréses kategóriákba. A hagyományos statikus módszer esetén a mérési idő akár több nap is lehet, a bázishosszak (két állomás közötti távolság) 10 km-nél nagyobbak, az elérhető pontosság milliméter nagyságrendű. A gyors statikus méréseket jellemzően 15 km- nél kisebb bázishosszakon, 10-30 perces mérésekkel végzik. Az így elérhető pontosság centiméteres nagyságrendű, alappontsűrítések esetén használják. A visszatéréses mérés technika esetén a pontokat rövid ideig mérjük, de azokhoz bizonyos időközönként visszatérünk, majd újból megmérjük. Előnye, hogy rossz műhold-geometria esetén javulnak az eredmények. Az elérhető pontosság centiméteres nagyságrendű, alappontsűrítésre szokás használni. A statikus-relatív módszer a legolcsóbb technika geodéziai célú mérésekhez, ezért széles körben alkalmazzák. Alapvetően utófeldolgozással számítják az eredményeket. Meteorológiai célú felhasználásokra a hagyományos statikus technikát alkalmazzák, így a későbbiekben ezt az eljárást majd külön kívánom részletezni. • Kinematikus-relatív módszer: Ismert ponton álló, ún. bázisállomás segítségével, egy, vagy több mozgó vevő helyzetének meghatározása. A mérés mind kódmérés, mind fázismérés esetére használják. A bázisállomás meghatározza a mérések során keletkező hibákat, majd
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 24. oldal ezeket a korrekciókat, valamilyen módon (rádióhullám, GPRS) továbbítja a vevőberendezések felé. Ezt a megoldást RTK-nak (Real Time Kinematic, Valós idejű kinematikus) nevezik. Ezzel a módszerrel valós időben kaphatunk megfelelő pontosságú, gyors koordinátákat. Geodéziában rendkívüli módon meggyorsíthatja a felmérések, vagy kitűzések végrehajtását. Természetesen használat előtt meg kell vizsgálnunk a pontossági, és megbízhatósági kritériumokat. Megjegyzésként megemlítem, hogy a dolgozat írása5 közben jelent meg egy FVM rendelet, mely szabályozza a globális helymeghatározó rendszerek alkalmazásával végzett pontmeghatározásokat a sajátos célú geodéziai munkák esetén. A hagyományos statikus-relatív mérések feldolgozásának elméleti háttere A hagyományos statikus mérések során hosszú bázisvonalakkal (>10 km) dolgozunk, és egy óránál hosszabb méréseink vannak. Ebből következően, sok fölös méréssel rendelkezünk. A mérések kiegyenlítését a Gauss-Markov-féle legkisebb négyzetek módszerével végzik. A méréseken ún. Kálmán-szűrést alkalmaznak az időben változó paraméterek becslésére. A továbbiakban matematikai definíciók, képletek leírása helyett, a hangsúlyt a számítások szöveges magyarázatára kívánom helyezni, közben nem elfeledkezve arról, hogy a meghatározás egy túlhatározott problémakörben zajlik. A relatív méréseken alapvetően fázismérések relatív feldolgozását értjük. Megoldásnak két lehetőség is mutatkozik. Az egyik a különbségképzéssel, másik módszer e nélkül számolja ki a megoldásokat. Amerikában a különbségképzés nélküli módszer terjedt el. Ezt a módszert támogatja a GIPSY-OASIS (GPS-Inferres Positioning System and Orbit Analysis Simulation Software) szoftver, melyet a JPL (Jet propulsion Laboratory) fejleszt. Európában a tényleges számítást megelőzően differenciaképzéseket végeznek. A berni egyetem Bernese GPS szoftvere ezt a megoldást támogatja, ezt a szoftvert használtam én is, ezért a továbbiakban ezzel a technikával foglalkozom részletesebben. A különbségképzések során a méréseket terhelő hibahatások kiesnek. Megjegyzem, hogy elméletileg mindkét módszer azonos eredményeket szolgáltat. A fázismérések feldolgozását mindig megelőzi a kódmérések előfeldolgozása. A kódmérések során a C/A kódtávolságok segítségével meghatározhatóak az előzetes koordináták, illetve órahibák a fedélzeti pályaadatokból. Az eljárás megegyezik a kódmérésen alapuló abszolút helymeghatározással. A nyers mérési adatokat zérus differenciáknak nevezzük. A feldolgozás következő lépése az egyes differenciák képzése: 5 2010. április 27. Magyar Közlöny 63.szám (47/2010. FVM rendelet)
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 25. oldal • Egyszeres vagy állomás-differenciák képzéséhez felhasználjuk a korábbi kódmérésből származó vevő órahibákat. A különbség képzés során az azonos műholdra és azonos időpontra, de két különböző állásponton mért fázistávolságok különbségét számítjuk, ahol valamely álláspont koordinátáit ismertnek tekintjük. Ez az állomás a számítási egységben felfogható, mint bázisállomás. Az előzetes koordinátáit a kódmérésből már ismerjük, vagy korábbi GPS mérésekből már meghatároztuk. A két futási idő különbsége, a két állomás közötti különbség, így az órakorrekciók és a műhold ismeretlenek kiesnek, ám a vevőórahibák benn maradnak. • A kettős különbségképzés, vagy műhold-differenciák meghatározása azon a módszeren alapszik, hogy egy bázisműholdra nézve az azonos időpontú egyszeres különbségeket, azokat kivonjuk egymásból. Ennek köszönhetően kiesnek az adott időpontra vonatkozó előzetes vevő órahiba korrekciók, és az azokhoz rendelt ismeretlen változások a közvetítő egyenletekből. Azonban a troposzféra és fáziscentrum-külpontosság még mindig terheli ezeket az értékeket. • A hármas különbségképzés során az időben egymást követő kettős különbségeket kivonjuk egymásból. Lényege, hogy a különbségképzés során a szabályos hibák nagyon kicsik, így könnyen kimutatható belőlük a ciklusugrások. Ezeket megkeresve eldönthető, hogy a méréseket kivesszük, avagy új ciklus-többértelműséget vezetünk be. Minél több differencia számításával, csökkenek a mérést terhelő szabályos hibák, ellenben a geometriai kondíció romlik. Ezért a hármas differenciák képzését csupán a ciklusugrások detektálására használják, és ezután történik meg a kettős különbségek kiegyenlítése. A kettős differenciák meghatározása után, a kiegyenlítés során meg kell határozni a ciklus- többértelműségek értékeit. Ezt az eljárást a ciklus-többértelműségek feloldásának nevezzük. Nagyobb távolságok esetén – amelyekkel ebben a részben kívánok foglalkozni – az ionoszféra hatások a különbség képzés során nem esnek ki, így lehetetlenné teszik a ciklus-többértelműségek megállapítását. A legegyszerűbb esetben ezt a hatást modellek segítségével vehetjük figyelembe. Újabb megoldások a korszerű kétfrekvenciás vevőkben rejlő lehetőségeket használják ki. Ez azt jelenti, hogy az L1 és L2 megfelelő együtthatójú lineáris kombinációit alkalmazva kaphatjuk az ún. wide lane (L5) illetve ionoszféra-mentes (L3) lineáris kombinációkat, melyeket együttesen alkalmaznak. A wide lane kombináció az ionoszféra és troposzféra hatásának minimalizálása a célja, míg az ionoszféramentes kombináció, olyan együtthatókat tartalmaz, mely az ionoszféra hatását kiejtik.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 26. oldal 5. Használatban a Bernese A Bernese Az általam használt GPS feldolgozó szoftver a Bernese 5-ös verziója volt. A program Fortran eljárások halmaza melyet a 80-as évek óta fejlesztenek a berni egyetem Csillagászati Intézetében. Az eljárásokat mára egy grafikus felhasználói felülettel (GUI) egészítették ki. Tudományos célú szoftver, mellyel kielégíthetőek a GPS mérések során elérhető legnagyobb pontossági igények. A feldolgozás során a legkülönfélébb bemenő adatok alapján, az általunk kívánt adatok határozhatóak meg. A program az ún. BPE (Bernese Processing Engine) modulján keresztül GPS mérések automatikus feldolgozására is alkalmas. Ennek köszönhetően külföldön előszeretettel alkalmazzák erre a célra. A FÖMI-KGO a magyarországi GNSS infrastruktúra keretében a GPS mérések automatikus feldolgozására használja a szoftvert, és annak eredményeit bocsájtja a felhasználók rendelkezésére. A fejezetben nem tudom tárgyalni a Bernese minden lehetőségét. Ellenben próbálok minél teljesebb képet alkotni a szoftverről, hogy a gyakran használt adatokkal az előforduló statikus feldolgozási módszereket a leírás alapján el lehessen végezni. A teljes dokumentáció elérhető a http://www.bernese.unibe.ch/docs/DOCU50.pdf honlapcímen. A telepítés A Bernese program - habár nem ingyenes - forráskódja hozzáférhető, így elméletileg lefordítható bármilyen architektúrára, amin létezik megfelelő Fortran fordító program. A grafikus felhasználó felület használatához továbbá szükséges, hogy az adott rendszer támogassa a Qt6 grafikus rendszert. A valóságban meg kell küzdeni a rendszer telepítésével, - ami a diploma szerzőjének nem kis erőfeszítésébe került - mivel a fordítóprogramnak fel kell tudnia dolgozni a Fortran kódokat. Ezen kívül a Qt telepítése sem egyszerű köszönhetően annak, hogy a Bernese menürendszere egy régebbi Qt (3.0.7.) verziót támogat. A www.bernese.unibe.ch honlap support menüpontja alatt kaphatunk információkat a támogatott fordítókról, operációs rendszerekről, melyek között a Windows és Unix típusú rendszerek szerepelnek. A dolgozat írásakor a javasolt platformok az alábbi táblázatban láthatóak7 . 6 A Qt grafikus rendszer egy több platformos megoldás szabványos grafikus felület létrehozására. A Trolltech cég terméke, melynek csökkentett tartalmú verziója ingyenes. 7 forrás: http://www.bernese.unibe.ch/support_cmp.html
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 27. oldal Operációs rendszer Fordító Megjegyzés SOLARIS F90 SunOS 5.9 - Fortran 95 6.2 Patch 111690-07 2002/06/26 SOLARIS NAG-F90 SunOS 5.9 - NAGWare Fortran 95 compiler Release 4.0(257) SOLARIS F90_V83 SunOS 5.10 - Fortran 95 8.3 AIX XLF90 AIX 5.1 - XL FORTRAN for AIX VERSION 7.1.1.0 HP-UNIX F90 not supported: HP F90 v2.3 HP-UNIX F90 HP_UX B.11.11 - HP F90 v2.5.1/2.7.1 LINUX LF95 not supported: Lahey/Fujitsu Fortran 95 Express Release L6.20a LINUX G95 Linux 2.6.13 - gcc version 4.0.3 (g95 0.91!) March 2008 LINUX LF95 Linux 2.4.10 - Lahey/Fujitsu Fortran 95 Express Release L6.20b LINUX LF95 Linux 2.4.20 - Lahey/Fujitsu Fortran 95 Compiler Release L6.20c LINUX IFC LINUX 2.4.10 - Intel(R) Fortran Compiler, Version 6.0, Build 020312Z LINUX IFC Linux 2.6.4 - Intel(R) Fortran Compiler, Version 7.0, Build 20021028Z Linux IFC Linux Intel(R) Fortran Compiler, Version 8.1 Linux IFC Linux 2.6.16 - Linux Intel(R) Fortran Compiler, Version 9.1 Linux F90 (Portland) Linux 2.6.4 - pgf90 Version 5.1-3/5.0-2, The Portland Group, Inc. Linux NAG-F90 Windows LF95 MS-Windows 2000 (Version 5.00.2195, SP 4) MS-Windows XP (Home edition, version 2002, SP1) MS-Windows 98 (Version 4.10.1998) Windows G95 MS-Windows XP Professional (Version 5.1.2600, SP 2) A szoftver hardver követelményei: • Pentium típusú processzor • Operatív tár o 128 MB RAM SMALL és MEDIUM memória modell mellett o 512 MB RAM LARGE memória modell mellett • Háttértár o 300 MB a program számára o A feldolgozáshoz szükséges adatok tárolási igénye o A feldolgozás során használt ideiglenes fájlok (temporary file) egyes esetekben a 2GB is elérhetik Az alábbiakban a Windows és Ubuntu Linux rendszerekre történő telepítés részleteit közlöm, melyeket a gyakorlatban is végrehajtottam.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 28. oldal Telepítés Windowsra Windows rendszerekre a telepítés egyszerű. A fejlesztők biztosítanak egy telepítő programot. A telepítő varázsló futása után a program már használható is. A telepítő varázsló nélkül a következő módon járhatunk el: • Fő program telepítése a BSW50.EXE futtatásával. • Felhasználói környezet telepítése a GPSUSER.EXE futtatásával. • Kampány könyvtárstruktúra telepítése a GPSDATA.EXE futtatásával. A program telepítése után szükséges még installálnunk valamilyen Perl interpretert. Ehhez a Bernese felhasználói kézikönyve az ActivePerl szoftvert ajánlja, mely letölthető a http://www.activestate.com/activeperl/ honlapcímről. Telepítés Ubuntu Linuxra A Linux egy népszerű disztribúciója az Ubuntu, melynek elérhetőek laptop, desktop, és szerver változatai. A dolgozat írásakor a legfrissebb stabil verziója a 9.10 (kódneve: Karmic Koala). A Berneset erre a rendszerre telepítettem. A működő konfiguráció az én esetemben a következő: • Operációs rendszer : Ubuntu Linux 9.10. (Karmic Koala) • Qt függvénykönyvtár: Qt v3.0.7. • C++ fordító: GCC (g++) v4.4.1. • Perl interpreter: perl v5.10.0 • Fortran fordító: G95 v4.0.3. A telepítés lépései a következőek voltak: • Jogok beállítása: a telepítés során rendszergazda (root) jogokkal kell rendelkeznünk! • G++ telepítése: ha még nincs fenn megfelelő GCC verzió, az alábbi módon tölthető le a parancssorból: sudo aptitude update sudo aptitude install build-essential Ha a fordítás során a fordító hiányol bizonyos include fájlokat, szükséges lehet a megfelelő g++ standard könyvtár (STL) letöltése. • Qt 3.0.7. telepítése: a tömörített fájl letölthető az ftp.trolltech.com/qt/source/qt-x11-free- 3.0.7.tar.gz. Fontos hogy ezt a Qt verziót használjuk. A Bernese honlapján is ezt ajánlják. A letöltött forráskód hibás, melyet egy patch segítségével, vagy az alábbi módon küszöbölhetünk ki. Csomagoljuk ki a tömörített állományt, majd a include/qvaluestack.h
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 29. oldal forráskódban 57. sorában a remove(this->fromLast()); helyett: this->remove(this- >fromLast()); írjuk át! • G95 telepítése : Töltsük le a G95 Fortran fordító megfelelő verzióját az internetről, futtatható állományként (binaries) . Kövessük az INSTALL fájl utasításait . Hozzunk létre aliast a *g95* nevű fájlhoz. Lépjünk be a kicsomagolt könyvtár bin könyvtárába, majd alias g95=<PATH>/bin/*g95* Vigyázzunk hogy ne legyen feloldhatatlan név hivatkozás, pl. szimbolikus linkek miatt! Ha ez áll fenn, akkor érdemes a fordító teljes elérési útvonalát megadni a CMPOPT.pl fájlban (lsd. lentebb). • Bernese fordítása: futtassuk a ./setup.sh fájlt, fontos hogy először ezt tegyük, majd nyissunk új terminált! A kicsomagolt helyen a ${X}/EXE/CMPOPT.PL fájlba a megfelelő helyre illesszük be a http://www.bernese.unideb.ch/support_cmp.html#LINUX_G95 helyen elérhető kódot , mely az alábbi: # Linux + G95 # -------------------------------------------------- if ($OS_NAME eq "LINUX" && $F_VERS eq "G95") { if ($ext eq "f90") { #Ide érdemes a fordító teljes elérési útvonalát megadni $cmpCmd = "g95"; $genOpt = "-Wunset-vars -O2 -ftrace=full -I. -I${C}/LIB/OBJ - I${I} -cpp " . "-DOS_UNIX -DCMP_GNU -DDIM_LARGE -DEPH_DE405"; $optOpt = ""; } if ($ext eq "f") { #Ide érdemes a fordító teljes elérési útvonalát megadni $cmpCmd = "g95"; $genOpt = "-Wunset-vars -O2 -ftrace=full -I. -I${C}/LIB/OBJ - I${I} -cpp -fstatic ". "-DOS_UNIX -DCMP_GNU -DDIM_LARGE -DEPH_DE405"; $optOpt = ""; } } • Ezután a menüben a Fortran fordítóprogram kiválasztásakor válasszuk az OTHER opciót, alább meg lehet változtatni az értékét. Tegyük ezt a G95-re. A program jelzi, ha a menü és a Fortran kódok is sikeresen lefordultak. Futtatása G paranccsal történik a konzolból.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 30. oldal A program frissítése A program frissítése feltétlenül szükséges, ugyanis a verzión belül is a különböző frissítések között az egyes be-, illetve kimeneti fájlok formátuma néhány esetben megváltozott. A frissítéshez töltsük le a http://www.bernese.unibe.ch/bsw50updater.pm perl modult. Ez bármely platformon azonos. Az egyes frissítési lépések a Bernese honlapján elérhető leírásból könnyen végrehajthatóak. Bernese könyvtárstruktúrája A Bernese könyvtárstruktúráját fontos megismernünk, mivel azokat a program futatása előtt és után gyakran használnunk kell. A mérési adatokat be kell helyeznünk a megfelelő helyre, időnként az általánosan használt fájlokat (konstansok, műhold hibák, stb.) frissítenünk kell. Továbbá az automatikus feldolgozás során megfelelő helyre kell elhelyeznünk a letöltött adatokat, illetve bármilyen hiba esetén tudnunk kell, melyik log fájlt hol kell keresnünk. A feldolgozás végén ki kell tudnunk választani a számunkra fontos állomány helyét, melyet további feldolgozásra tudunk használni. A Bernese program könyvtárstruktúrája jobban érthető, ha tisztában vagyunk a program működési elvével. A szoftver számtalan kis Fortran program gyűjteménye. A fejlesztő által biztosított grafikus felhasználói felület (Graphical User Interface, GUI) fogja össze a kis programokat, és biztosít egy könnyen kezelhető felületet a feldolgozás lépéseihez. Később látni fogjuk, hogy a GUI a panel területen megjelenő információkat elmenti, illetve betölti a menü (INP) fájlokból. Továbbá az automatikus feldolgozás során is ezek a fájlok használhatóak. A könyvtárak állományai között találhatóak még Perl szkriptek, melyek egyes menü funkciók végrehajtását, illetve az automatikus feldolgozást támogatják. Telepítés után a program létrehozott könyvtárak a következőek: Könyvtár Rövid leírás Változó BERN50 Program könyvtár: Ebben találhatóak a Bernese futásához szükséges fájlok, ide tartoznak a lefordított Fortran, GUI vezérlő fájlok, Perl szkriptek, általános menü leírások (INP fájlok). $C GPSDATA GPS adatok könyvtára: Itt érdemes tárolni a kampány könyvtárat, bár ezt a fájlrendszerbe bárhol megtehetjük $P GPSUSER Felhasználók könyvtára: BPE definíciós fájlok (PCF fájlok), a felhasználóhoz rendelve, a menü vezérlését biztosító INP fájlok. A könyvtár ennek segítségével biztosít lehetőséget a testreszabáshoz. $U TEMPV50 Ideiglenes állományok könyvtára $T 3. táblázat - A telepített könyvtárak A program futása során, illetve operációs rendszer szinten is (környezeti változók) lehetőséget biztosít ún. aliasok használatára. Ezek segítségével könnyen hivatkozhatunk a Bernese fontosabb könyvtáraira relatív elérési úttal. Ezek neveit láthatjuk a táblázatok Változó c. oszlopában.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 31. oldal A következőekben tárgyalom a fontosabb könyvtárak tartalmát. BERN50 program könyvtár tartalma Könyvtár Rövid leírás Változó GPS A feldolgozáshoz szükséges alapvető könyvtár $X GPS/EXE A Bernese telepítésekor, frissítésekor az itt lévő szkriptek futnak le, illetve itt találhatóak a program futási beállításai GPS/EXE/LOADGPS.setvar A program ebben tárolja a futáshoz szükséges elérési útvonalakat, változókat, beállításokat GPS/GEN Bármely feldolgozáshoz szükséges adatok a GEN könyvtárba kerülnek eltárolásra. Ezek frissítés bizonyos időközönként szükséges. GPS/GEN/RECIEVER Vevő műszer információk GPS/GEN/SAT_YYYY.CRX Műhold hibák GPS/GEN/SATELLITE Műhold adatok GPS/GEN/PHAS_COD.I01 A vevők fáziscentrum külpontosságai GPS/GEN/DE200.EPH A bolygó perturbációk hatások leírásához szükséges ismerni a naprendszer bolygóinak a helyzetét. A mozgást leíró modell ebben a fájlban található. Telepítéskor nincs a könyvtárba. Letölthető változatai a ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/de200/ oldalról elérhetőek. GPS/GEN/DATUM A különböző geodéziai dátumok térbeli elhelyezése GPS/GEN/CONST Konstansok értékei GPS/GEN/GPSUTC A GPS és UTC közötti szökőmásodperceket tárolja GPS/HLP Help fájlok GPS/OPT Menü (INP) fájlok helye, amelyeket a BPE esetén alkalmazni szeretnénk GPS/PAN Ide kerülnek mentésre a GUI esetén használt menü (INP) fájlok GPS/PCF Néhány alapértelmezett BPE fájl (automatikus feldolgozás) INC/FOR Fortran include forrásfájlok. Ha saját magunk akarunk belenyúlni a kódba, akkor itt végezhetünk kisebb átalakításokat. $I LIB/FOR Fortan libarary forrás. $LG MENU Menü rendszer C++ forrásfájlok helye, illetve itt található a lefordított menu.exe, melyet megfelelő paraméterezéssel (lsd. Dokumentáció) futathatunk $XQ PGM/FOR A lefordított Fortran kódok tárgykódjai, forráskódok itt találhatóak $FG PGM/EXE A lefordított futtatható Fortran kód $XG 4. táblázat - BERN50 könyvtár tartalma Ezek után tekintsük végig a GPSDATA könyvtár szerkezetét! Ezt a könyvtár szerkezetet használja a Bernese abban az esetben is, amikor saját magunk hozzunk létre kampányt. A letöltött (internetről, műszerről) nyers adatokat ezekbe a könyvtárakba kell bemásolnunk. Innen dolgozhatjuk fel őket a szoftver GUI-jának segítségével.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 32. oldal GPSDATA és egyéb kampány könyvtárak tartalma Könyvtár Rövid leírás ATM Atmoszférával kapcsolatos fájlok BPE BPE loggolása ebbe a könyvtárba történik OBS Mérések adatai. A vevő Rinex fájlait a Bernese saját formátumára konvertálja, amiket itt tárol. ORB Pálya adatok; a bejövő illetve a feldolgozás során létrejövő fájlok is itt találhatóak, pl. pólusmozgást leíró fájl (.IEP), precíz efemeridák (.PRE), műhold óra adatok (.CLK), táblás pálya fájlok (.TAB), sztenderd pálya fájlok (.STD) ORX Abban az esetben, ha a RINEX fájloknak még előfeldolgozáson kell átesniük (pl. levágás, összefűzés) ide kell őket elhelyezni OUT Az egyes feldolgozási lépések log fájljai találhatóak itt. RAW A már feldolgozásra váró RINEX fájlok helye. Ha a fájlnak nem kell előfeldolgozáson átesnie, rögtön ebbe a könyvtárba másolható. SOL Megoldások fájljai (pl. kiegyenlítés eredményei , SINEX) STA Állomással kapcsolatos fájlok, koordináták (.CRD), bázisvonalak (.BSL), rövidítések (.ABB), állomás leírások (.STA), stb. 5. táblázat - GPSDATA könyvtár tartalma Az alábbi táblázat mutatja a GPSUSER könyvtár tartalmát. GPSUSER könyvtár tartalma Könyvtár Rövid leírás PAN A felhasználó menü (INP) fájlai OUT Kampány független logfájlok OPT A felhasználó ide helyezheti a saját menü (INP) fájlokat, amelyeket el akar menteni (BPE esetén hasznos) PCF BPE vezérlő fájlok (.PCF) SCRIPT Testreszabhatóak a parancsok elindítása WORK 6. táblázat - GPSUSER könyvtár tartalma GPS mérések kézi feldolgozása Bernese segítségével GPS méréseink kézi feldolgozását a Bernese GUI-jának segítségével fogjuk végrehajtani. A feldolgozás két részre bontható: • Előfeldolgozás: GPS adatok előkészítése a tényleges számításhoz • Feldolgozás: Az előfeldolgozott adatok alapján a szoftver képes sokféle kimenő adat (pl. koordináták, maradék ellentmondások, légköri modellek paramétereinek) meghatározására
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 33. oldal Bernese első indítása A program futása Linux rendszereken a G paranccsal terminálról, Windows rendszereken az Asztalon található Bernese 5.0 ikon segítségével, vagy Program Files -> Bernese GPS Software -> Bernese 5.0 menüpont kiválasztásával. A felhasználói felület a következő elemekből épül fel. 1. Menü sor: Különböző programok futtathatóak itt, illetve beállításokat adhatunk meg 2. Panel terület: Egy a menüben kiadott parancs paraméterezését végezhetjük el, több űrlap segítségével 3. Parancs sor: Itt vezérelhetjük a panel területet, illetve futtathatjuk a programot 4. Státusz sor: Kampány, session, felhasználói információk megjelenítése Az alábbi ábrán látható az elemek elhelyezkedése. 3. ábra - A Bernese képernyőképe A programtól a Help -> Help on Context menüpontján keresztül, bármikor segítséget kaphatunk az adott kontextusról. A menü a legtöbb programhoz kínál űrlapokat, melyekkel könnyen paraméterezhetjük őket. Ezek elmentve, letárolásra kerülnek a GPSUSER könyvtár PAN mappájában INP kiterjesztésű menü fájlként. Ezeket a program vissza tölti amikor ismételten megnyitjuk az adott űrlapot. Itt jegyzem meg, hogy amennyiben az egyes űrlapokon eltérő beállításokat alkalmazunk, az űrlapok sorrendje változhat. Az adatok előfeldolgozása Az előfeldolgozás során a bemenő RINEX fájlokon átalakításokat végezhetünk (CCRINEX0), majd a nyers mérési adatokat a Bernese belső formátumára kell alakítanunk (RXOBV3). Ezután a megfelelő
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 34. oldal műhold pályák létrehozása következik. Először ún. táblázatos pályákat kell számítanunk (PRETEAB), mely során a precíz pályaadatok a földhöz kötött koordinátarendszerbe transzformálja a szoftver, ezen kívűl a műholdak óra paraméterei is elmentésre kerülnek. Ezekhez a műveletekhez szükségünk van a földforgás paraméterekre (ERP), melyeket szintén a Bernese belső formátumára kell konvertálnunk (POLUPD). A kapott adatokból előállíthatóak az ún. sztenderd pálya adatok (ORBGEN). Ennek során a szoftver numerikus integrálást végez a nagypontosságú simuló Kepler pályák meghatározásához. A tényleges feldolgozást megelőzően még további számítások elvégzése szükséges. Kódmérés segítségével szinkronizáljuk a vevő órákat a GPS időhöz, illetve előzetes koordinátákat állítunk elő (CODSPP). Hálózat feldolgozásához bázisvonalakat kell definiálnunk (egyszeres differenciák, vagy más néven állomás-differenciák képzése) (SNGDIFF), ezek után a fázismérések előfeldolgozásával megpróbálja feloldani a szoftver a mérés során keletkező ciklusugrásokat (MAURPP). Az egyes lépéseket az alábbi folyamatábra szemlélteti. A továbbiakban bemutatom az egyes lépések végrehajtását Bernese szoftverrel. 4. ábra - Az előfeldolgozás folyamatábárja Fájlelnevezési konvenciók Mielőtt rátérnénk a konkrét feldolgozási lépésekre, tisztáznunk kell, hogy a bemenő adatokhoz a fájlokat milyen konvenció szerint érdemes elneveznünk illetve, hogy ezt miként támogatja a Bernese.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 35. oldal Ez azért is fontos, mert a későbbiekben, amikor az automatikus feldolgozás során fájlokat töltünk le külső szerverekről, azok is az alábbiakban ismertetésre kerül fájl elnevezési konvenciót alkalmazzák. Minden EUREF állomás rendelkezik egy négy betűs rövidítéssel, melyet az IGS megfelelő szervezete elfogadott. Ilyen például a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomány Egyetem Általános és Felsőgeodézia Tanszéke által működtetett permanens GPS mérőállomás BUTE rövidítése. Az egyes rövidítéseket a Bernese a kampány könyvtár STA mappájának ABBREV.ABB fájljában találhatjuk. A program a megfelelő 4 illetve 2 karakterű rövidítéseket a RINEX fájlok importálása során önállóan kimenti az említett fájlba (lásd később). Az állomásmérési fájlok ezzel a négybetűs rövidítéssel kezdődnek. Ezután a mérés napjának adott évbeli sorszáma következik (1-től 356-ig). 24 órás mérési adat esetén a fájl vége egy 0 karakterrel végződik, azonban egy órás mérés esetén az adott óra ábécébeli megfelelője zárja (például hajnal 1 óra A, délután 18 óra M). A kiterjesztés a mérés évének utolsó két karaktere, valamint állomás mérési fájl esetén O-ra végződik, navigációs fájl esetén N-re, meteorológiai fájl esetén M-re. Az alábbi ábrán például egy a BUTE állomáson mért állomás mérési fájl 2008. január 8.-án hajnali 3 órától egy órán keresztül rögzített adatok RINEX fájl elnevezése látható. 5. ábra - RINEX fájlok fájlelnevezési konvenciója A pályamegoldásokkal és földforgás paraméterekkel kapcsolatban az IGS szerverén másfajta elnevezési konvenciót alkalmaznak. Ebben az esetben a fájlnév IGS elnevezéssel kezdődik, majd azt a GPS hét követi, majd az adott nap sorszáma, úgy hogy a 0 a vasárnapi napot jelenti. A fájl tovább folytatódik egy ’_’ jellel, majd az adott napon belüli óra sorszáma következik. A fájlokat 6 óránként frissítik, így 00, 06, 12, 18 számok következhetnek. Amennyiben a kiterjesztés PRE az pólus fájlt, míg az SP3 kiterjesztés pályamegoldásokat takar. Ezek a fájlok mindig tartalmaznak értékeket az előző 24 óráról, illetve becsléseket a következő 12 órára. A Bernese GUI felülete ezen konvenciókat támogatja. Az automatikus feldolgozás során a megfelelő fájlok kiválasztását az ún. menü változók segítségével végezhetjük el.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 36. oldal Menü változók A Berneseben változókat hozhatunk létre, melyekkel a fájlok neveit paraméterezhetjük. Segítségükkel egyszer elvégezve a beállításokat - ha megadott fájlelnevezési konvenciót alkalmazzuk - nem szükséges a fájlokat újból megadnunk. A változók úgy épülnek fel, hogy ahány betű maga a változó, ugyanakkora hosszú szöveget helyettesít. Például a $Y változó az év utolsó két karakterét helyettesíti, míg a $Y+n a teljes évet, ahol az n betű helyére kerülő szám, megnöveli az értéket n-nel. Az alábbi táblázatban láthatóak a fontosabb beépített változók: Változó Formátum Jelentés $Y YY Az év utolsó két számjegye $M MM A hónap sorszáma, január esetén például 01 $D DD A nap sorszáma az adott hónapban $X A GPS könyvtár helye a háttértáron (lsd. feljebb) $+n DDD Az adott nap n nappal való eltolása $W+n WWWW GPS hét n nappal való eltolása 7. táblázat - Néhány menü változó További menü változókat megtekinthetjük a ’Menu variables’ menüpont alatt. Saját magunk is létrehozhatunk Menü változót. Ennek menete az alábbiakban tekinthető meg. Parancs Hatás Válasszuk ki a Configure -> Menu Variables parancsot. Megjelenik a megfelelő űrlap. Itt megtekinthető a már meglévő változók, és jelentéseik. A USER-DEFINED VARIABLES pont alatt adható meg az új változó érték. További változókat a gombbal adhatunk meg. Elvenni a gombbal tudunk. Kattintsunk utána a Parancs sor ^Next elemére. Következő űrlapon láthatóak a további elérhető beépített változók. Kattintstunk a ^Save parancsra a Parancssoron. A beállításaink elmentődnek.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 37. oldal Új kampány létrehozása Új kampány létrehozásakor a program a megadott elérési úton létrehozza a kampány fájlszerkezetét. Innen olvassa fel, illetve menti az adatokat. Egy új kampány létrehozása az alábbiak szerint zajlik. Parancs Hatás Válasszuk ki a Campaign -> Edit List of campaigns menü pontot. Megjelenik az elérhető kampánylisták. Adjuk meg az új kampány helyét, majd kattintsunk a Parancs sor ^Save parancsára. Több kampány is megadható, illetve kivehető, melyet a , gombokkal tehetünk meg. A megadott könyvtárat elérhetővé tettük a feldolgozó program számára. Válasszuk ki a Campaign -> Select active campaign menü pontot. Megjelenik a kampányválasztó dialógus ablak. Válasszuk ki a korábban megadott elérési utat. Már meglévő kampányt is itt tudunk megadni. Kiválasztásra került az aktív kampány. A már meglévő kampány esetén készen vagyunk. A program a megadott elérési útvonal alkönyvtárain dolgozik. Válasszuk ki a Campaign -> Create new campaign menü pontot. A program a korábban megadott elérési útvonalon létrehozza a kampány könyvtárszerkezetét.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 38. oldal Session definiálása A program a feldolgozás során mérési ablakot (time window) használ. Ez azt jelenti, hogy a megadott két időpont között dolgozza fel az adatokat, a többit figyelmen kívül hagyja. Ennek beállításához ún. sessionöket definiálhatunk. Ennek lépései a következőek. Parancs Hatás Válasszuk ki a Campaign -> Edit Session Table parancsát Ennek hatására megjelenik a SESSION TABLE űrlap A ’Session Identifier’ oszlopba megadhatóak a Session azonosítók, a többi oszlopba a kezdő időpont és a záró időpont amik az adott session azonosítóhoz tartoznak. A Session megadása után a Parancs sor ^Save parancsával fejezzük be a sessiont. Az új definíciók kiíródnak a kampánykönyvtár /STA/session.ses fájlba Sessionök esetén, ha a kezdő időpont nagyobb, mint a záró, akkor a záró időpontot a szoftver automatikusan a következő napra értelmezi. Sessionöknél az azonosító utolsó betűje 0 egy napi mérés feldolgozás esetén (ekkor a kezdő időpont 00:00:00 a vég időpont 24:00:00), illetve óránkénti definíciónál az adott órához rendelte megfelelő ábécébeli elemet szokták megadni hasonlóan, mint a RINEX állományoknál. Dátum beállítása A programnak meg kell adnunk a feldolgozás dátumát. A mérések ehhez az időponthoz viszonyítva kerülnek feldolgozásra. A beállított értéket olvassa ki a program az egyes változók helyettesítéséhez. Beállításának módja alább látható.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 39. oldal Parancs Hatás Válasszuk ki a Configure -> Set session/compute date menü pontot. Felugrik a Dátum választó dialógus ablak- Állítsuk be a dátumot a Year Month Day sorban. A mező a mellette lévő gombra kattintva válik szerkeszthetővé. A dátum megadása után kattintsunk a SET gombra. A többi mező kitöltődik Ezután megadhatjuk a napon belüli Sessiont, és a Session tábla fájlját. A Session fájlt az STA könyvtárba keressük. Kattintsunk az OK gombra. A beállítások elmentődnek. Bernese hibajelzései Amikor egy programot futattunk a Bernese grafikus felhasználói felülete (GUI) loggolást végez az eredményekről és a hibákról. A fájlok a kampány könyvtár OUT mappájába kerülnek elmentésre. Egy futás befejezésével az eredmények a Parancs sor ^Output gombjára kattintva érhetőek el. Ha a futás során valamilyen probléma keletkezett arról a program egy felugró ablakban tájékoztat. A probléma jellege két féle lehet: • Figyelmeztetés (WARNING): A számításokat a szoftver végre tudta hajtani, a kimeneti fájlok létrejöttek, de a feldolgozás további lépéseiben az eredmények hibát okozhatnak. • Hiba (ERROR): A szoftver egyáltalán nem tudta végrehajtani a programot, kimeneti fájlok nem lettek létrehozva. A felugró ablakban a figyelmeztetést három darab hashmark (###), a hibát három darab csillag (***) szimbólum jelzi. Az alábbi ábrán látható egy példa figyelmeztetésre.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 40. oldal 6. ábra - Példa Bernese figyelmeztetésre RINEX fájlok összevonása (CCRINEXO) A Bernese szoftver lehetőséget biztosít több különálló RINEX (Reciever INdependent EXchange) fájl összevonására, vágására. Ezeket megtehetjük állomásmérési, vagy akár navigációs (GPS vagy GLONASS) állományokkal is. Alább tekinthető meg, hogy paraméterezhetjük a Berneset állomásmérési RINEX fájlok összevonására. Parancs Hatás Válasszuk ki a RINEX->Cut/concatanate RINEX files->Observation files menüpontját. Megjelenik a CCRINEXO program űrlapja. INPUT FILES sornál adhatjuk meg az összevonni kívánt fájlokat. A fájlokat a kampány könyvtár ORX mappájába kell helyeznünk. Lentebb megadhatóak a log fájl elnevezése. Kattintsunk ezután a parancssor ^Next gombjára. A megjelenő űrlapon megtekinthetőek a korábbi menü beállításaink. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. A Beállításaink elmentődnek az INP fájlba, valamint megtörténik az állomások szerinti összevonás. Az állomás 4 karakteres rövidítése után a legkorábbi mérési fájl napja az adott évben, majd a Session azonosító betű karaktere lesz az új fájl neve. Az összevont fájlt a RAW könyvtárba találhatjuk meg.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 41. oldal RINEX fájl importálása (RXOBV3) A RINEX formátum de facto szabvány, amit a legtöbb szoftver támogat import/export folyamataiban. Az IGS ftp szerveréről letöltött fájlok is RINEX formátumúak8 . Ezeket a Bernese saját belső formátumára kell konvertálnunk a további feldolgozáshoz. Az importálási folyamat során különféle beállítások érhetőek el a RINEX fájl manipulációjával kapcsolatban. Navigációs, állomás mérési, illetve meteorológiai RINEX fájlokat alakíthatunk át. A továbbiakban tekintsük végig az állomás mérési RINEX fájlok import folyamatát. Parancs Hatás Válasszuk ki a RINEX->Import RINEX to Bernese format->Obervation files menüpontját. Megjelenik az RXOBV3 parancs első űrlapja. A gombra kattintva kiválasztható a fájl. A rugalmasabb kezelés érdekében használhatunk formális jeleket is. Ha nem szeretnénk, hogy a RINEX fájl headerjéből olvassa ki a program az állomás(ok) koordinátáit, akkor az alábbi menüpontban kijelölhető az a fájl ahonnan kiveheti a koordinátákat. Kattintsunk a ^Next gombra. A beállítások alapján a program később a futás során átkonvertálja a megadott fájlokat, ha adtunk meg állomás információs fájlt (STA) akkor abból a rövidítés alapján felolvassa a megfelelő információkat és az kerül elmentésre. Megjelenik az általános input fájlok űrlap. Általános input fájlok a konstansok, műhold információs fájl, a műhold problémák fájlja, vevő információk, a fáziscentrum külpontosság fájlja, GPS-UTC eltérések fájlja, illetve az állomás rövidítések fájlja. Általában az alapértelmezett beállítások megfelelőek. Ha mégis változtatnunk kell, azt a szövegmező melletti gombok segítségével tehetjük meg. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára Megjelenik a Kimeneti opciók 1 űrlap 8 Pontosabban Compact Rinex formátumúak, melyek még tömörítve vannak, ezt a késöbbiekben részletezem
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 42. oldal TITLE mezőben megadható a kimeneti log fájlba írandó címke. Kiválasztható, mely műholdrendszereket importáljon a program (GPS, GLONASS, Összes) A pirossal jelölt résznél adhatjuk meg, hogy mi történjen, ha a rövidítés, amelyet a program kinyert a RINEX fájlból nem szerepel a rövidítések (ABBREV.ABB) fájlban. Az UPDATE+ opció azt jelenti, hogy ilyenkor hozzáfűzi a már meglévőkhöz. A DATA SAMPLING résznél beállítható milyen időközönkénti méréseket importáljon a szoftver. Számunkra a 30 másodpercenkénti megfelelő. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megfelelő beállítások alapján a program csak a megadott típusú műhold rendszerek bizonyos időközönkénti méréseit importálja. Ha a RINEX állományban szereplő rövidítés még nem szerepel hozzáfűzi az állományhoz. A következő űrlapon mérési ablakot (time window) állíthatunk be. Mérési ablakunkat a Session definíció alapján szeretnénk létrehozni, ezért ezen az űrlapon további teendőnk nincs. Ám lehetőségünk van saját mérési ablak definiálásához az import folyamat során, vagy akár el is hagyhatjuk azt. Kattintsunk a Parancssor ^Next gombjára. Megjelenik a Kimeneti opciók 2 űrlap. Az űrlap első részén az importálás során bizonyos ellenőrzéseket végezhetünk. Az alapértelmezett beállítások számunkra megfelelőek. Az űrlap alsó részén az antenna típusával kapcsolatos információkat adhatunk meg. Ha a vevőkészülék rendelkezi védőburokkal, akkor azt itt adhatjuk meg. Ezt a program a RINEX fájlból olvassa fel, és az állomás információs fájlból veszi a korrekciókat. Végül állítsuk be, hogy ha a fáziscentrum külpontosság értékei nem érhetőek el, akkor csak figyelmeztetést kapjunk. Kattintsunk a ^RUN gombra a Parancs soron. Az import folyamat végén a kampány könyvtár ORB mappájában létrejönnek a belső Bernese formátumú fájlok, és a beállításoknak megfelelően korábbi fájlok frissítődnek. Pólus fájl importálása (POLUPD) A folyamat során az IGS ftp szerveréről letölthető pólusfájlokat importálhatjuk a Bernese belső formátumára. Erre azért van szükségünk, hogy a különböző transzformációkhoz ismertek legyenek a földforgás paraméterek (ERP). Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 43. oldal Parancs Hatás Válasszuk ki az Orbits/EOP->Handle EOP Files->Convert IERS to Bernese Format menüpontot. Megjelenik a POLUPD program űrlapja. INPUT FILES résznél adhatjuk meg a bemenő fájlokat. Ez lehet a Bernese formátumú ERP fájl, vagy külső fájl. Közel 20 féle formátumot támogat a program. A kimenő fájl nevét is megadhatjuk a RESULT FILE résznél. Ez lesz az új Bernese formátumú pólus fájl. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára A futáskor a megadott bemenő fájl átkonvertálásra kerül a Bernese belső formátumára. Az eredmény fájl az ORB könyvtárba kerül elmentésre. Ezután megjelenik az általános fájlok űrlap. Az általános fájlok űrlapon megadhatunk pólus külpont koefficienst az adott epochára. Ezt üresen hagytam. A GPS-UTC különbséget a GEN könyvtár GPSUTC fájljára állítsuk be. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik az Opció űrlap. Ezen az űrlapon adhatjuk meg a nutációs és a napon belüli pólus modellt. A GEN könyvtár IAU2000 és IERS2000 modelljeit használjuk. Kattintsunk a Parancssor ^RUN gombjára Létrejön a Bernese formátumú pólus fájl, egyes esetekben figyelmeztetést kaphatunk, hogy a fájl nem tartalmazza a nutációs és a napon belüli pólus modellt. Ha megfelelő formátumot használtunk nem kell törődnünk vele. Táblázatos pálya fájl létrehozása (PRETAB) A Bernese a PRETAB program segítségével konvertálja a precíz pályákat a Földhöz kötött koordinátarendszerből az égi vonatkoztatási koordinátarendszerbe. A precíz pálya fájlok sp1- illetve sp3- formátumú fájlok lehetnek. Továbbá ezzel a lépéssel hozzunk létre műhold óra fájlokat, melyre a kódmérés előfeldolgozó lépésnél (CODSPP) lesz szüksége a programnak, amennyiben nem broadcast pályákkal dolgozunk. Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 44. oldal Parancs Hatás Indítsuk el az Orbits/EOP->Create tabuler orbits menüpontot. Megjelenik a PRETAB program első űrlapja. Az input fájloknál adjuk meg a precíz pálya fájlt (sp1 vagy sp3 formátumú) fájlt, majd a POLUPD által létrehozott pólusfájlt. A RESULT FILE résznél adható meg a kimeneti fájlok nevei. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A program a futás során a megadott pólus és precíz pálya fájlokból táblázatos pályákat számol (TAB), illetve kinyeri a műhold óra adatokat (CLK), ezeket az ORB könyvtárba menti. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Az általános fájlok űrlapon megadható a konstansok, a napon belüli pólusmodell, a nutációs modell, és a műholdhibákat leíró fájlok. Számunkra az alapértelmezett beállítások megfelelőek. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik az általános beállítások űrlap. Az űrlapon beállítható az égi vonatkoztatási koordinátarendszer referencia rendszere. Mindig a J2000-t használjuk. Alatta további pontossági szűréseket végezhetünk a precíz pálya adatokon. Ezek az alapértelmezett beállításokon hagyhatjuk. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára Megjelenik az órák beállítása űrlap. Amikor a program létrehozza a műhold óra fájlt egy adott időintervallumra és az egyes műholdakra, akkor polinomokat határozz meg a közbelső interpolációk számításához. Ennek a polinomnak a fokát, és egy polinom intervallumát adhatjuk meg a programnak. Hagyjuk az értékeket alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Run programjára. A kampánykönyvtár ORB mappájába elmentésre kerül a táblázatos pálya fájl és a műhold óra fájl. Sztenderd pályák meghatározása (ORBGEN) A sztenderd pályák meghatározása során a program numerikus integrálást végez, hogy kiegyenlítéssel simuló Kepler pályákat határozzon meg. Ezen kívül meghatározhatóak a program
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 45. oldal segítségével az ún. sugárnyomás paraméterek (RPR fájl), amelyekre a műhold pályák meghatározásakor lehet szükség. A program több különböző bemenetet tud kezelni, ám mi csak a táblázatos pálya fájlokat használjuk. A paraméterezés menete a következő. Parancs Hatás Válasszuk ki az Orbits/EOP->Create standard orbits menüpontot. Megjelenik az ORBGEN program első űrlapja. Itt megadhatóak különféle bemenetek. Mi válasszuk a Start with tabular orbit opciót, és adjuk meg a korábban (PRETAB parancs segítségével) létrehozott fájl nevét, illetve a (POLUPD parancs segítségével létrehozott) pólus fájlt. Kattintsunk a Parancssor ^Next gombjára. A program a futása során az ORB könyvtárból a megadott fájlokat olvassa fel. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Itt a szokásos módon adhatjuk meg a GEN könyvtárban található fájlokat. Egyedüli újdonság, hogy meg kall adnunk a pontosabb számításokhoz a planetáris efemeridák fájlt is (DE200), ami letölthető az internetről (lsd. korábban). Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megadott planetáris efemeridák segítségével egy későbbi űrlapon a számításokba bevonhatóvá válik ezen eltérítő erők modellje. Megjelenik az Eredmények és kimenő fájlok űrlap. Itt adhatjuk meg az egyes kimenő fájlok nevét. Számunkra elég, hogyha csak a ’Standard orbits’ mezőt töltjük ki. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megadott fájl a program futása során az ORB könyvtárba kerül elmentésre. Megjelenik az Opciók űrlap.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 46. oldal Az Earth potential mezőnél adhatjuk meg, hogy a Föld nehézségi erőterét milyen pontossággal kívánjuk közelíteni. Az ’Apply antenna offset’ jelelő doboz bejelölésével, a program nem az alapértelmezés szerinti műhold tömegközéppontra számítja az értékeket. Ennek a lézeres távmérések feldolgozása esetén van haszna. Mi ezeket a beállításokat alapértelmezett értékeken hagyjuk. Az ORBIT MODEL IDENTIFIER legördülő menüből a B opciót válasszuk ki. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A B opció kiválasztásával a program futása közben a JGM3 potenciál modellt alkalmazza a földfelszín és az óceáni lemezek, valamint a DE200 modellt figyelembe véve. Megjelenik az Opciók második űrlapja. Számításokhoz adhatunk meg opciókat. Az értékeket hagyjuk alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a paraméter választó űrlap. Kiválaszthatjuk a dinamikus pálya paraméterek közül, melyek kerüljenek meghatározásra. Hagyjuk az értékeket alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a Pálya ellipszis definíciós űrlap. Itt megadható, hány ellipszis kerüljön meghatározásra a ’Number of arcs within time window’ mezőben. Hagyjuk meg az alapértelmezés szerinti 1 értéket. Lejjebb definiálhatunk egyéni mérési ablakot, ám Sessionben kívánunk dolgozni, így ezt a beállítást is alapértelmezett értékeken hagyhatjuk. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. A program a kampánykönyvtár ORB mappájába elmenti a sztenderd pálya fájlt (STD). Kódmérés feldolgozása (CODSPP) A program célja, hogy szinkronizáljuk a vevő órákat a GPS időhöz kódmérés segítségével, valamint előzetes koordináta megoldásokat határozzunk meg. Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit. Parancs Hatás Kattintsunk a Processing->Code-based clock synchronization menüpontra Megjelenik a CODSPP program első űrlapja.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 47. oldal Kiválasztható, hogy broadcast pályákból, vagy sztenderd pályákkal kívánunk-e dolgozni. Válasszuk ki a sztenderd pályákat, és a műhold órahibák fájlját. Ezeket mindenképpen meg kell adnunk. Lejjebb választhatjuk ki a feldolgozandó fájlokat, amelyeket korábban importáltunk be az RXOBV3 programmal. Továbbá meg kell adnunk a pólusfájlokat is. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Ennek hatására a program a megadott fájlokat fogja használni. A műhold fájlokat (STD, CLK) és a pólus fájlt (ERP) az ORB könyvtárban, az állomásmérési fájlokat OBS könyvtárban keresi. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Beállítása, és értékei megfelelnek a korábbiaknak. Számunkra megfelelnek az alapértelmezett beállítások. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megadott általános fájlok használatával fut majd a program. Megjelenik a kimenő fájlok űrlap. A kódmérés feldolgozásakor több fajta adat képződhet kimenetként. Számunkra a koordináta megoldások a lényegesek. Így ezt adjuk csak meg, a többit változatlanul hagyjuk, így azok nem jönnek létre. Amennyiben megadjuk a ’Satellite clock results’ mezőt, valamint van bemeneti műhold óra fájlunk (CLK), valamint vannak GPS és GLONASS méréseink, a program képes meghatározni, illetve javítani a GLONNAS órák külpontosságát a GPST-hez képest. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A program a futása közben a megadott fájlnévbe menti a koordináta megoldásokat a kódmérés alapján. Megjelenik az opciók űrlap. A ’Frequency’ résznél megadható hogy az L1 vagy L2 vivőfrekvenciák, vagy az ionoszféramentes L3 modell alapján számoljon a program. Amennyiben nincs, vagy kevés az L2 adat, a program automatikusan átvált L1 opcióra. A ’Clock polynomial degree’ résznél az óra polinomjainak fokszáma adható meg9 . ’E’ opció esetén a program 0-fokú, azaz egyszerű külpontossági értéket határozz meg. A ’Save clock estimate’ segítségével megadható, hogy az óra megoldások mely fájlokba íródjanak ki. Számunkra a mindkettő (BOTH) megfelelő. ’Estimate coordinates’ résznél megadható, milyen mérési módszerrel álljanak elő az előzetes koordintáta értékek. Ha nagy hibák terhelték méréseinket, és vannak jobb a’priori értékeink, akkor érdemes NO-ra állítani ezt az opciót. Lejjebb megadható az alkalmazni kívánt troposzféra és ionoszféra A megadott paraméterek alapján számít a program megoldásokat. Megjelenik a bemenő opciók űrlap. 9 A műhold órák értékeit a program úgy határozza meg, hogy az adott intervallumra polinomot illeszt, ennek segítségével képes interpolálni az értékeket a két epocha között.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 48. oldal modellek. Az ionoszféra modellt nem kell használnunk, mivel L3 lineáris kombinációt használunk (lsd. feljebb). Troposzféra modellnek a SAASTAMOINEN modellt válasszuk ki. Többi modell leírását lsd. a Meteorológia és GPS c. fejezetben. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A ’Minimum elevation’ résznél állítható be, hogy mely magassági szögtől látható műholdak jelei kerüljenek be a feldolgozása. A ’Sampling’ résznél adható meg, hogy minden hányadik lépés kerüljön be a számításokba. A többi értéket hagyhatjuk alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a megjelenítési opciók űrlap. Ezen az űrlapon számunkra az ’Iterations’ rész fontos. A program a koordináta és vevő óra hibákat iterációval határozza meg. Ha nagyok az eltérések sokáig tarthat a számítás, vagy akár be sem fejeződhet. Ennek elkerülése végett állítsuk az értéket 10-re. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. Előállnak az STA könyvtárba a koordináta megoldások, továbbá frissülnek az ORB könyvtár óra fájljai (CLK). Ezenkívűl frissülnek még a megfelelő CZH fájlok az OBS könyvtárba. Bázisvonalak létrehozása (SNGDIF) A program feladata egyszeres differenciák (bázisvonalak, vagy állomás-differencia) képzése kód vagy fázismérésből előállított zérus differenciák alapján. Az azonos műholdra, illetve azonos epochára két különböző állomáson elvégzett mérések, teszik lehetővé ezt a számítási eljárást. A különbségképzés során a műholdóra hibája kiesik. Ez a feladat a feldolgozás egy részfeladata, mely előkészíti a gyakorlat számára is lényeges kettős differenciák képzésének módszerét. Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit. Parancs Hatás Válasszuk ki a Processing->Baseline file creation menüpontot. Megjelenik az SNGDIF program űrlapja.
A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 49. oldal A ’GENERAL OPTIONS’ résznél beállítható a mérés típusa, melyet állítsunk PHASE-re (fázis), mivel ez az eljárás lényegesen pontosabb10 . A számítási stratégia (Processing strategy) résznél választhatunk, hogy két állomás között, milyen elv szerint válasszon a program. A megfelelő kiválasztáshoz pontossági, hibaterjedési megfontolásokat kell tennünk (részletesen lásd. lejjebb). Továbbá az űrlap középső részén a zérus differencia fájlok adhatóak meg. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A beállított stratégia alapján a program a fázis mérések egyszeres differenciáit határozza meg a megadott zérus differenciájú fájlok alapján. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Az űrlap beállításai a korábban már ismertetésre kerültek. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a fájlnevek űrlap. Az egyéb bemeneti fájlok adhatóak meg. A ’Station coordinates’ résznél állíthatunk be a’priori koordináta fájlt, melyet a kódmérés feldolgozása során korábban már előállítottunk. A ’RESULT FILES résznél’ adjuk meg a kimeneti fájl nevét. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A program ennek hatására az STA könyvtár megfelelő előzetes koordináta fájlt felolvassa, továbbá az eredményeket ugyanebbe a könyvtárba menti. Megjelenik az opciók űrlap. A ’SIMULTANEUS OBSERVATIONS’ résznél beállítható milyen időben közeli méréseket vegyen a program szimultán mérésnek. Ez akkor fontos, hogyha különböző két különböző antenna típussal mérünk, és kis különbségek mutatkoznak a mérésben. A mi esetünkben ez nem fontos, mivel a korábbiakban már elértük, hogy pontosan minden 30 másodpercben legyenek méréseink A többi beállítást hagyjuk alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. A futás után az STA könyvtárba létrejönnek az új koordináta megoldások, a már meglévő fájlban, valamint elmentésre kerülnek a bázisvonalak listája, melyek az egyes állomáspárokat rögzítik, ha később még fel kívánjuk használni. A differencia értékek a fázismérés PSH fájlokba íródnak, melyek az OBS könyvtárba találhatóak. Az egyszeres differenciák meghatározásához a következő stratégiák közül választhatunk, vagyis mely két állomások között történjen redundánsmentesen a számítás: • OBS-MAX: Olyan bázisvonalakat határoz meg, amelyek esetén a két állomás közötti egyidejű mérések száma maximális. Ez biztosítja azt, hogy a legtöbb mérés bevonható a számításba. Különböző intervallumú mérésekkor érdemes használni. • SHORTEST: A legközelebbi állomásokat köti össze, vagyis minimális súlyú feszítőfát hozz létre, ahol az egyes élek súlyai az állomások közötti távolság. Akkor lehet használni, ha azonosak a mérési intervallumok az állomásokon. • STAR: Csillag topológiát hozz létre, középpontban egy általunk kijelölt állomással. Akkor érdemes használni, ha egy állomásnak megbízható koordinátái vannak, amiket mint 10 A fázismérésen alapuló egyszeres differenciák meghatározását használják a gyakorlatban.
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc
Diplomamunka_BME_BSc

Recommended

Programozo Paternoszter Gnu Linux
Programozo Paternoszter Gnu LinuxProgramozo Paternoszter Gnu Linux
Programozo Paternoszter Gnu Linuxnevjegypartner
 
osszefoglalo_angol
osszefoglalo_angolosszefoglalo_angol
osszefoglalo_angolZolt Kopp
 
Diplomamunka_BME_MSc
Diplomamunka_BME_MScDiplomamunka_BME_MSc
Diplomamunka_BME_MScZolt Kopp
 
Szakdolgozat_ELTE
Szakdolgozat_ELTESzakdolgozat_ELTE
Szakdolgozat_ELTEZolt Kopp
 
tezisfuzet_koppanyi_angol
tezisfuzet_koppanyi_angoltezisfuzet_koppanyi_angol
tezisfuzet_koppanyi_angolZolt Kopp
 
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by HubspotMarius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTExpeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsPixeldarts
 

Recommended

Programozo Paternoszter Gnu Linux
Programozo Paternoszter Gnu LinuxProgramozo Paternoszter Gnu Linux
Programozo Paternoszter Gnu Linuxnevjegypartner
 
osszefoglalo_angol
osszefoglalo_angolosszefoglalo_angol
osszefoglalo_angolZolt Kopp
 
Diplomamunka_BME_MSc
Diplomamunka_BME_MScDiplomamunka_BME_MSc
Diplomamunka_BME_MScZolt Kopp
 
Szakdolgozat_ELTE
Szakdolgozat_ELTESzakdolgozat_ELTE
Szakdolgozat_ELTEZolt Kopp
 
tezisfuzet_koppanyi_angol
tezisfuzet_koppanyi_angoltezisfuzet_koppanyi_angol
tezisfuzet_koppanyi_angolZolt Kopp
 
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by HubspotMarius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTExpeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsPixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Technologies
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations Rajiv Jayarajah, MAppComm, ACC
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data ScienceChristy Abraham Joy
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesTime Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Applitools
 
12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at WorkGetSmarter
 
ChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slidesChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slidesAlireza Esmikhani
 

More Related Content

Featured

How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesTime Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Applitools
 
12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at WorkGetSmarter
 

Featured (20)

How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesTime Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
 
12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work
 
ChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slidesChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slides
 

Diplomamunka_BME_BSc

  • 1. DIPLOMAMUNKA A METEOROLÓGIAI CÉLOKAT SZOLGÁLÓ KÖZEL VALÓSIDEJŰ AUTOMATIKUS GPS FELDOLGOZÁS MEGVALÓSÍTÁSA -2010- Készítette Koppányi Zoltán Építőmérnök-hallgató Tanszéki konzulens Dr. Rózsa Szabolcs Egyetemi docens BME Általános és Felsőgeodéziai Tanszék Ipari konzulens Dr. Kenyeres Ambrus Főtanácsos Földmérési és Távérzékelési Intézet
  • 2. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 8. oldal Tartalomjegyzék 1. Bevezetés.................................................................................................................................. 11 2. Szótár......................................................................................................................................... 13 3. Táblázat és ábrajegyzék...................................................................................................... 14 4. GPS mérések feldolgozása.................................................................................................. 15 Bevezetés........................................................................................................................................... 15 A GPS helymeghatározás alapja ........................................................................................................ 15 Koordinátarendszer középpontja...................................................................................................... 16 Műhold.............................................................................................................................................. 17 Vevők................................................................................................................................................. 18 GPS mérések hibahatásai és azok kiküszöbölési lehetőségei ........................................................... 18 Műhold hibája ................................................................................................................................... 18 Időmérés hibája............................................................................................................................. 18 Pályaadatok hibája........................................................................................................................ 19 Terjedés közben fellépő hiba ............................................................................................................ 19 Ionoszféra hatása.......................................................................................................................... 19 Troposzféra.................................................................................................................................... 19 Ciklusugrás..................................................................................................................................... 19 Többutas terjedés.......................................................................................................................... 20 Interferencia zavarok..................................................................................................................... 20 Vevő hibák......................................................................................................................................... 20 Antenna fáziscentrum külpontosság............................................................................................. 20 Hagyományos geodéziai hibák...................................................................................................... 21 Egyéb hibahatások............................................................................................................................. 21 Műholdgeometria hatása.............................................................................................................. 21 Relativisztikus hatások .................................................................................................................. 21 GPS méréstechnikák.......................................................................................................................... 22 A hagyományos statikus-relatív mérések feldolgozásának elméleti háttere.................................... 24 5. Használatban a Bernese...................................................................................................... 26 A Bernese........................................................................................................................................... 26 A telepítés.......................................................................................................................................... 26 Telepítés Windowsra......................................................................................................................... 28 Telepítés Ubuntu Linuxra .................................................................................................................. 28 A program frissítése .......................................................................................................................... 30
  • 3. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 9. oldal Bernese könyvtárstruktúrája............................................................................................................. 30 GPS mérések kézi feldolgozása Bernese segítségével....................................................................... 32 Bernese első indítása......................................................................................................................... 33 Az adatok előfeldolgozása................................................................................................................. 33 Fájlelnevezési konvenciók ................................................................................................................. 34 Menü változók................................................................................................................................... 36 Új kampány létrehozása.................................................................................................................... 37 Session definiálása............................................................................................................................. 38 Dátum beállítása................................................................................................................................ 38 Bernese hibajelzései.......................................................................................................................... 39 RINEX fájlok összevonása (CCRINEXO) .............................................................................................. 40 RINEX fájl importálása (RXOBV3) ...................................................................................................... 41 Pólus fájl importálása (POLUPD) ....................................................................................................... 42 Táblázatos pálya fájl létrehozása (PRETAB)....................................................................................... 43 Sztenderd pályák meghatározása (ORBGEN) .................................................................................... 44 Kódmérés feldolgozása (CODSPP)..................................................................................................... 46 Bázisvonalak létrehozása (SNGDIF)................................................................................................... 48 Fázismérések előfeldolgozása (MAUPRP) ......................................................................................... 50 A feldolgozás ..................................................................................................................................... 51 Feldolgozási stratégiák ...................................................................................................................... 52 Paraméter meghatározás (GPSEST)................................................................................................... 53 Bernese Processing Engine (BPE) ...................................................................................................... 57 6. Meteorológia és GPS ............................................................................................................. 61 Bevezetés........................................................................................................................................... 61 Elméleti fizikai háttér......................................................................................................................... 61 Hidrosztatikus és nedves összetevők meghatározása....................................................................... 65 Vízgőztartalom meghatározása......................................................................................................... 67 Lokális Tm modell Magyarország területére...................................................................................... 68 Zenit irányú késleltetések meghatározása a gyakorlatban............................................................... 68 A földfelszíni hőmérsékletről............................................................................................................. 70 7. A feldolgozó szerver megvalósítása................................................................................ 71 Bevezetés........................................................................................................................................... 71 Követelmény specifikáció.................................................................................................................. 71 A szerver architektúrája .................................................................................................................... 72
  • 4. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 10. oldal A segédprogramok ............................................................................................................................ 73 A MeteoAdministrator ...................................................................................................................... 75 Az adatbázis....................................................................................................................................... 78 A webszerver és a honlap.................................................................................................................. 79 A feldolgozási folyamat ..................................................................................................................... 80 További fejlesztési lehetőségek......................................................................................................... 82 8. Összefoglalás........................................................................................................................... 83 9. Irodalomjegyzék.................................................................................................................... 85
  • 5. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 11. oldal 1. Bevezetés Az emberiség története során folyamatosan nagy szerepet játszott a helymeghatározás, valamint az időjóslás. Gondoljunk csak a nagy felfedezések korára. Az akkori hajós embereknek nem csak azt kellett tudniuk merre felé is hajóznak, de tapasztalatból meg tudták állapítani milyen viharok várhatóak. Hogy ezeket megállapítsák folyamatosan az eget kémlelték. Mára a tudomány hatalmas fejlődésen ment keresztül. Az Egyesült Államok globális helymeghatározó rendszere – a GPS – a Föld körül keringő műholdak segítségével képes bárhol, bármikor koordinátát szolgáltatni. A GPS technikák folyamatos fejlődése révén lehetőség mutatkozott a helymeghatározó rendszer alkalmazására más tudomány területeken. Többek között ilyen a meteorológia is. Ennek a lehetőségét éppen az teremtette meg, hogy a légkör bizonyos légrétegei hibákat okoznak méréseinkben. Többnyire ezeket a hibákat ki szeretnénk küszöbölni a meghatározás folyamán, ám a meteorológiai célú mérések feladata ezen hibák kimutatása, modellezése. Ebben az esetben a koordinátákat ismertnek tételezzük fel, és a légköri modell paramétereit számítjuk egy túlhatározott problémakörben. A GPS technikával végzett meteorológiai célú méréseknek a magyar, illetve idegen nyelvű szakirodalomban meg vannak az előzményei. A gyakorlatban létezik már egy európai szintű projekt, az E-GVAP, melynek célja egy kontinentális hálózat kiépítése integrált vízgőztartalmak szolgáltatására közel valós idejű adatok alapján. Ennek előzménye egy korábban demonstrációs céllal működő hálózat, amely a COST 716 projekt néven futott. Ezen kívül további kutatási projektekre is támaszkodnak, mint például a MAGIC és TOUGH. Magyarországon többen foglalkoztak a témával. Köztük Rózsa és munkatársai (2009) határoztak meg módszert a zenit irányú nedves késleltetések alapján számítható integrált vízgőztartalom meghatározására hazánk területére. A dolgozat témája egy automatikus GPS mérések feldolgozására szolgáló szerver kialakítása, illetve ezt követően meteorológiai célú adatok szolgáltatása. Ennek során bemutatásra kerülnek a GPS technika alapjai, a mérések feldolgozásának gyakorlati lehetőségei, a meteorológiai adatok előállításának módszerei. Az első fejezetben áttekintően ismertetésre kerülnek a műholdas helymeghatározás elméleti alapjai, a mérések során fellépő hibahatások és a feldolgozás lehetséges lépései. A második fejezet a Bernese szoftver ismertetését célozza meg, melyet a mérések feldolgozása folyamán használtam. A leírás pontosan részletezi egy feldolgozás folyamatát. A szoftver azonban számtalan módon paraméterezhető, melyeket nem tárgyalok. A célom ezzel a fejezettel egy jól használható leírás elkészítése e tudományos célú szoftverről.
  • 6. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 12. oldal A harmadik fejezetben – melynek a GPS és meteorológia címet adtam – ismertetem a GPS mérések segítségével előállítható zenit irányú nedves késleltetések meghatározásának módját. A fejezet elején az elméleti fizikai lehetőségeket boncolgatom az angol szakirodalom alapján, majd az egyes troposzféra modellek ismertetésére kerül sor, végül a meghatározás tényleges megvalósítását mutatom be. A negyedik fejezet az általam kialakított szerver architektúra ismertetését célozza. Ennek során bemutatásra kerülnek a rendszer megvalósított komponensei: segédprogramok, adatbázis, honlap. Az ütemezési feladatot egy általam fejlesztett program vezérli. Ennek használata és működésének leírása zárja a fejezetet. A dolgozathoz tartozik egy CD melléklet, melyen megtalálhatóak azok a könyvtárstruktúrák, programok és beállítások, illetve fejlesztett megoldások, melyek segítségével a szerver reprodukálható. A nem saját szoftverek licencével kapcsolatban a főkönyvtár licence.txt fájlja ad leírást. Ezen kívül a CD tartalmazza még a forráskódokat, és e dolgozatot PDF formátumban. Koppányi Zoltán építőmérnök-hallgató Budapest, 2010. május 9. Köszönetnyilvánítás Szeretnék köszönetet mondani Dr. Rózsa Szabolcsnak, belső konzulensemnek, a dolgozatban való közreműködéséért, segítőkészségéért.
  • 7. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 13. oldal 2. Szótár A dolgozat írása során nagymértékben támaszkodtam az angol szakirodalomra, ennek köszönhetően találkoztam olyan kifejezésekkel, melyeket a magyar szakirodalomban nem találtam. Egyes esetekben saját magam használok kicsit eltérő terminológiát. Ezeket összegyűjtve közlöm itt. Angol kifejezés Magyar kifejezés satellite-difference műhold-differenciák (kettős különbségek) station-difference állomás-differenciák (hármas különbségek) time window mérési ablak float solution lebegőpontos megoldás float coordinates lebegőpontos koordináták
  • 8. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 14. oldal 3. Táblázat és ábrajegyzék 1. ÁBRA - MŰHOLDAS HELYMEGHATÁROZÓ RENDSZEREK MEGHATÁROZÁSI ELVE ............................................ 16 1. TÁBLÁZAT - PÁLYA ADATOK CSOPORTOSÍTÁSA ................................................................................................ 17 2. ÁBRA - CIKLUSUGRÁS SZEMLÉLTETÉSE ............................................................................................................. 20 2. TÁBLÁZAT - GPS MÉRÉSEK HIBAHATÁSAI.......................................................................................................... 22 3. TÁBLÁZAT - A TELEPÍTETT KÖNYVTÁRAK........................................................................................................... 30 4. TÁBLÁZAT - BERN50 KÖNYVTÁR TARTALMA..................................................................................................... 31 5. TÁBLÁZAT - GPSDATA KÖNYVTÁR TARTALMA .................................................................................................. 32 6. TÁBLÁZAT - GPSUSER KÖNYVTÁR TARTALMA................................................................................................... 32 3. ÁBRA - A BERNESE KÉPERNYŐKÉPE................................................................................................................... 33 4. ÁBRA - AZ ELŐFELDOLGOZÁS FOLYAMATÁBÁRJA ............................................................................................ 34 5. ÁBRA - RINEX FÁJLOK FÁJLELNEVEZÉSI KONVENCIÓJA ..................................................................................... 35 7. TÁBLÁZAT - NÉHÁNY MENÜ VÁLTOZÓ.............................................................................................................. 36 6. ÁBRA - PÉLDA BERNESE FIGYELMEZTETÉSRE .................................................................................................... 40 7. ÁBRA - A VIVŐHULLÁM TERJEDÉSE KÖZEGBEN ................................................................................................ 62 8. TÁBLÁZAT - GYAKORLATBAN HASZNÁLT BERNESE BEÁLLÍTÁSOK METEOROLÓGIAI CÉLÚ GPS FELDOLGOZÁSOKHOZ................................................................................................................................... 69 8. ÁBRA - A SZERVER ARCHITEKTÚRÁJÁNAK ÁBRÁJA............................................................................................ 72 9. ÁBRA - GMT SEGÍTSÉGÉVEL AUTOMATIKUSAN ELŐÁLLÍTOTT ZENIT IRÁNYÚ KÉSÉSEK TÉRKÉPE ..................... 74 10. ÁBRA - GMT SEGÍTSÉGÉVEL AUTOMATIKUSAN ELŐÁLLÍTOTT INTEGRÁLT VÍZGŐZTARTALMAK TÉRKÉPE ..... 74 9. TÁBLÁZAT - A METEOADMINISTRATOR KAPCSOLÓI ......................................................................................... 75 11. ÁBRA- A METEOADMINISTRATOR KÉPERNYŐKÉPE......................................................................................... 75 12. ÁBRA - A PREPROCESSING FÜL........................................................................................................................ 76 10. TÁBLÁZAT - A GMT FELDOLGOZÓ FÁJL HELYETESÍTŐ SZTRINGJEI .................................................................. 77 13. ÁBRA - AZ ADATBÁZIS FELÉPÍTÉSE .................................................................................................................. 79 14. ÁBRA - A METARDATA TÁBLA ......................................................................................................................... 79 15. ÁBRA - KÉPERNYŐKÉP A HONLAPRÓL............................................................................................................. 80 16. ÁBRA - A FELDOLGOZÁS FUTÁSA PARANCSSORI ABLAKBAN .......................................................................... 81 17. ÁBRA - GMT KÉPEK AZ INTEGRÁLT VÍZGŐZTARTALOMBÓL A KÁRPÁT-MEDENCÉBEN................................... 83 18. ÁBRA - AZ E-GVAP (FELÜL) ÉS A SAJÁT (ALUL) MÉRÉSEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA............................................... 84
  • 9. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 15. oldal 4. GPS mérések feldolgozása Bevezetés A fejezet célja a GPS mérések feldolgozásának elméleti megközelítése egy rövid áttekintés keretében, amelyben bemutatom a feldolgozás során használt módszereket. Nagyobb hangsúlyt a meteorológiai célú GPS mérések feldolgozására kívánok helyezni. A dolgozat terjedelme nem engedi meg, illetve nem is lehet célja e témával részletekre kiterjedően foglalkozni. Ezek az információk részletesen megtalálhatóak a szakirodalomban. A GPS helymeghatározás alapja A legegyszerűbb GPS mérés során a feladatunk egy vektor háromszög megoldása. A három vektorból legalább kettőnek ismertnek kell lennie, hogy a harmadikat meg tudjuk határozni. A műhold helyzetét – azaz helyvektorát – ismerjük a föld tömegközéppontjába helyezett koordinátarendszerben. A műhold folyamatosan különböző frekvenciájú modulált rádióhullámokat szór a földfelszín felé. Ha ismert a hullám műholdból való kibocsátásának, illetve a vevőhöz való beérkezésének időpontja, ismerve a rádióhullám terjedése sebességét a vevő-műhold távolság megkapható: ‫ݎ‬௥௦ ൌ ܿ ‫כ‬ ∆‫,ݐ‬ (1) ahol rrs – a vevő-műhold távolság c – a fény terjedési sebessége vákumban ∆t – a jel futási ideje A két ismert vektorból az álláspont helyvektora már számítható. A képletből látszik, hogy a meghatározás szempontjából az időmérésnek kiemelt jelentősége van. A műholdakon alkalmazott atomórák pontossága nem vethető össze a felhasználók kvarcórájával. Emiatt a szükséges egyszerre látott három műhold helyett, mely a műhold-vevő vektor három koordinátakomponensének meghatározásához elegendő lenne, kibővül négyre, mivel a vevő órahibája is ismeretlenként szerepel az egyenletrendszerben. A vektorok mentén, mint helyvektorok kijelölhető a mérések három komponense: koordinátarendszer középpontja, vevő(k), és műhold(ak).
  • 10. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 16. oldal 1. ábra - Műholdas helymeghatározó rendszerek meghatározási elve Koordinátarendszer középpontja Vektoraink valamely jól meghatározott koordinátarendszerben értelmezzük. Ez a gyakorlatban az 1991-ben az IUGG (International Union of Geodesy and Geophysic) által bevezetett a földdel együtt forgó ITRS (International Terrestrial Reference System) vonatkoztatatási rendszer, melynek megvalósulása az ITRF (International Terrestrial Reference Frame), ami 500 földi állomás 800 pontja kozmikus geodéziai módszerrel meghatározott, és együttesen kiegyenlített koordinátái. A koordinátarendszer kezdőpontja a Földnek a légkörrel és óceánokkal együtt vett tömegközéppontja, Z tengelye a Föld ún. közepes forgástengelye a J2000 epochában (egybeesik az IERS Reference Pole, IRP), az X irány az IERS által meghatározott szintfelületi meridiánsík (IERS Reference Meridian, IRM) és a Z tengelyre a geocentrumból merőleges sík metszésvonal, az Y irány úgy helyezkedik el, hogy a koordinátarendszer jobb sodrású legyen. Az ITRF rendszert folyamatosan javítják, az új rendszereket ITRFyy1 jelzéssel látják el. Mivel a vevő mérései helyi koordinátarendszerben adottak, így azokat át kell transzformálnunk ITRS koordinátarendszerbe. Mivel annak Z tengelye a közepes forgástengelyre vonatkozik így szükséges ismernünk a valódi és a közepes forgástengelyek eltéréseit. Ezeket nevezzük földforgási paramétereknek (Earth Rotation Parameters, ERP). A földforgás paraméterek szabadon elérhetőek az International GNSS Service (IGS) weboldaláról, vagy más FTP tükörszerverről (pl.: http://igs.bkg.bund.de). A fájlokat 6 óránként teszik közzé. 1 yy – az adott év utolsó két számjegye
  • 11. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 17. oldal Műhold Abban az esetben, ha a Földet és műholdat pontszerűnek tekintjük, a két test problémával szembesülünk, melyet - a mi esetünkben2 - a Kepler törvények írnak le. Ám a műholdak a Föld nehézségi erőterében mozognak, mely nem pontszerű, sőt állandó a tömegátrendeződés, továbbá egyéb perturbációs hatások (Nap, Hold, bolygók, napszél) is fellépnek. Emiatt a műholdakat a földi követőállomások rendszere folyamatosan követi. Lézeres távmérés és GPS technika segítségével ún. simuló Kepler pályákhoz határoznak meg pályaelemeket3 , amiket közé is tesznek. A pályamegoldások pontossága függ attól, hogy milyen gyorsan van szükségünk az adatra. A legfrissebb pályaadatokat a műholdak is közvetítik navigációs üzeneteikben (fedélzeti pályaadatok). A pályamegoldások az alábbi táblázatban láthatóak. Az egyes pályaadatok letölthetőek az IGS weboldaláról, vagy más FTP (http://igs.bkg.bund.de) tükörszerverről. Az ultra rapid pálya fájlok a következő napra is tartalmaznak becsült pályákat. Pálya Pontosság [cm] Rendelkezésre állás Frissítés Fedélzeti (broadcast) 260 azonnal nem frissítik Ultra rapid 25 azonnal naponta kétszer Rapid 5 17 óra naponta Végleges, precíz <5 Kb. 13 nap hetente 1. táblázat - Pálya adatok csoportosítása Az első műholdat 1976-ban lőtték fel, mára az ún. Block IIA, IIR és IIR-M típusú műholdakat használnak, melyeket nagyobb pontosságú atomórával láttak el elődjeiknél. A Block IIR-M műholdak már a GPS modernizáció első lépéseként már L2C kódsugárzásra is képesek. Valamennyi pályasík az Egyenlítő síkjával 55 fokos szöget zár be. A pályákon a műholdak úgy helyezkednek el, hogy a Föld bármely pontján, bármely napszakban látható legyen legalább négy műhold, ugyanis ez szükséges ahhoz, hogy meghatározhassuk a helyzetünket. A műholdak elektromágneses hullámokat sugároznak a Föld felszíne felé, melyeket a vevőberendezések fognak (passzív technika). Ezeket vivőhullámoknak nevezzük, melyeket modulálnak, így információt jutatnak el a vevőnek. Kétféle vivőfrekvencián sugároznak a műholdak jeleket. Az L1 vivőfrekvencia 1575,42 MHz-en, míg az L2 1227,60 MHz-en. Ezeket a következő kódokkal modulálják (a fázis és kódmérésről lásd lejjebb GPS méréstechnikák résznél): • C/A kód: nagyon rövid frekvenciájú, minden műhold esetén más és más, ezen a vivőfrekvencián történő kódmérés 10 m-es, fázismérés 1-2 mm pontossággal hajtható végre 2 vagyis egy bolygó és a körülötte keringő égitest esetén 3 A 2 pályaelem adja meg a pályaellipszis alakját, 2 pályaelem a pályasík helyzetét, 1 a pályaellipszis pályasíkon való elhelyezését határozza meg, míg fennmaradó pályaelem határozza meg a műhold helyét a pályán egy adott időpillanatban.
  • 12. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 18. oldal • P-kód: hosszú frekvenciájú, a műhold azonosítását itt az teszi lehetővé, hogy a kód egy részlete egyedileg azonosítja a műholdat, az ezen a kódon történő kódmérés 1 m, a fázismérés 0,3 mm pontossággal hajtható végre4 • W-kód: a P-kódot titkosítja • Y-kód: a P és W-kódokat összeadva nyerjük az Y kódot, mely nem hozzáférhető a polgári felhasználók számára Mindkét vivőfrekvencia tartalmazza a navigációhoz szükséges információkat. Ilyenek többek között: a műhold Kepler pályáinak elemei, óra- és ionoszféra-paraméterek, korrekciók, almanach adatok. Vevők A piacon sok fajta vevőberendezés különböző árkategóriában beszerezhetőek. Ezeket alapvetően három kategóriába sorolhatóak. A körülbelül méter pontosságú navigációs GPS műszerek már pár tízezer forinttért megvásárolhatóak. Ilyeneket használnak gépjármű-navigációra. Ezek abszolút helymeghatározásra használhatóak. A második csoportba a térinformatikai vevők tartoznak. Ide sorolhatjuk a DGPS technikát, mellyel elérhető a subméteres pontosság, de geodéziai célokra ezek sem használhatóak. A harmadik csoport a nagypontosságú geodéziai célú GPS műszerek. Ezek a műszerek már támogatnak különféle mérési technikákat (relatív helymeghatározás, RTK stb.), melyekkel akár a milliméteres pontosság is megközelíthető. Ebben a csoportban alapvetően az egyfrekvenciás, illetve a kétfrekvenciás műszerek tartoznak. A kétfrekvenciás műszerek esetén is megkülönbözhetünk hagyományos, illetve valós idejű feldolgozást lehetővé tevő eszközöket. A műszereket a gyártók általában saját feldolgozó szoftverrel szállítják. GPS mérések hibahatásai és azok kiküszöbölési lehetőségei A következőekben ismertetem a vevő és műhold között történő mérések hibahatásait. Ezeket a műhold, majd a közeg, végül a vevő szerint csoportosítva közlöm. Utolsó részként az egyéb hibahatásoknál a geometriai, illetve a relativisztikus hibahatásokat tárgyalom. Műhold hibája Időmérés hibája Bár a műholdak rendelkeznek atomórával (frekvenciaetalonok), azokat időnként igazítani kell a GPS rendszeridőhöz. A Block I és Block II tip. műholdakon rubídium és cézium frekvenciaetalonokat, míg az újabb típusú Block IIR műholdakon hidrogén mézert használnak. Ezek működését befolyásolják a változó hőmérséklet, mágneses tér, illetve az öregedés. A hibát utólagos korrekcióval a földi követőállomások javítják, illetve megfelelő mérési, és feldolgozási technikákkal kiküszöbölhetőek. 4 Forrás: Ádám et al.: Műholdas helymeghatározás
  • 13. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 19. oldal Még szót kell ejteni az órák mesterséges lebutításáról. Ezt hívták korlátozott hozzáférésnek (SA), melyet napjainkban már nem alkalmaznak. Bevezetésének okai katonai megfontolások voltak. Pályaadatok hibája A műholdakra különböző perturbációs hatások hatnak, melyek a Nap, Hold és a többi égitest gravitációs mezője okoz. Ezeket modellek használatával vehetjük figyelembe. Ilyen például – amit én is használok a feldolgozás során – a JPL (Jet Propulison Laboratory) DE200 modellje. Meg kell említeni még a pályaadatok mesterséges lebutítását is (SA), melynek katonai indítékai voltak. Terjedés közben fellépő hiba Ionoszféra hatása A deciméteres nagyságrendű rádióhullámoknak – amilyenek a műholdak által sugárzott vivőfrekvenciák is – a légkör magas ion tartalmú rétege, az ionoszféra diszperzív közeg. Ennek köszönhetően ez a légréteg késést okoz a vivőfrekvencia futási idejében. Hatása többféleképpen figyelembe vehető. Méréssel megmérhető az ionoszféra elektrontartalma. Ezt a módszert Japánban alkalmazzák. Így a hatás 80 %-a vehető figyelembe. Más módszer, amennyiben sok fölös méréssel rendelkezünk, hogy ismeretlenként bevonjuk a számításba. Harmadik módszer, hogy valamilyen modell alapján számítjuk. A megfelelő feldolgozási technika használatával azonban ki is ejthető. Erre lehetőséget kínál az L3 ún. ionoszféra-mentes lineáris kombináció. Ennek során az L1 és L2 értékeivel olyan lineáris leképezést alkalmaznak, amely rövid hullámhosszú frekvenciát eredményez, amely már mentes az ionoszféra hatásaitól. Troposzféra A dolgozat egyik tárgya. Részletesen lásd a Meteorológia és GPS c. fejezetet. Ciklusugrás Ez a probléma akkor keletkezik, amikor mérés közben valamilyen tereptárgy, vagy objektum kitakarja az adott műholdat. Ekkor a fázismérés ciklusszámlálása során hiba keletkezik. A ciklusugrások lokalizálása ún. tripla differenciák segítségével történhet. Amennyiben megtaláltuk a ciklusugrás helyét, eldönthető, hogy a teljes ciklusugrás előtti/utáni mérést kivesszük, vagy új ciklus- többértelműséget vezetünk be.
  • 14. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 20. oldal 2. ábra - Ciklusugrás szemléltetése Többutas terjedés Ez a jellegű probléma akkor keletkezik, amikor a közelben lévő tereptárgyakról a vivőhullám visszaverődik, és visszaérkezik a vevőbe. A probléma kód-, és fázismérések esetén is jelentkezhet, de míg kódmérés esetén tíz méteres hibát is okozhat, a fázismérés esetében a ciklusszámlálás miatt ez az érték legfeljebb a vivőhullámhossz fele. A hiba elkerülhető a megfelelő álláspont megválasztásával. Interferencia zavarok A probléma forrása, hogy olyan hullámokat sugároz valaki, szándékosan, vagy tudtán kívül, mely a műholdak által sugárzott jeleket zavarják. A probléma törvényi szabályozással, és annak betartásával, illetve betartatásával oldható meg. Vevő hibák Antenna fáziscentrum külpontosság A központosított műszer állótengelye és az antenna elméleti fekvőtengelyének síkja által alkotott metszéspont, illetve a beérkező jelek vevőoldali elektronikai végpontja külpontos. Ez az érték főleg magasságilag okoz eltérést. Az eltérés függ a jel beérkezésének magassági szögétől, illetve attól is, hogy L1 vagy L2 vivőhullámról van-e szó. Meghatározását az is nehezíti, hogy nem csak műszertípusok között, de az egyes műszerek között is különböző értékű lehet. Az adott műszerre érvényes értékeit kalibráló laboratóriumban határozhatjuk meg. Ezen kívül az internetről (http://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL) rendelkezésünkre áll a különböző műszer típusokra jellemző
  • 15. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 21. oldal fáziscentrum külpontosságot leíró fájl, mely az egyes vivőfrekvenciákra, bizonyos magassági szög felett közli annak értékét. Hagyományos geodéziai hibák Meg kell említenünk, hogy a GPS vevőműszer felállításakor is fellépnek a hagyományos geodéziai jellegű hibák. Ilyenek többek között a pontra állás hibája, vagyis a műszer állótengely nem megy át az adott ponton, illetve az állótengely függőlegessége nem biztosított. Ezen kívül bekövetkezhet a műszerlábak süllyedése hosszabb mérések esetén. Bár ezek a hibák kisebb mértékben vannak hatással a mérésre, ugyanis nem mérünk irányokat, ahol ezen hibák kis változása is nagy mértékű eltérést okozhatnának. Továbbá ezek a hibák többnyire elhanyagolhatóak az egyéb hibaforrásokhoz képest. Egyéb hibahatások Műholdgeometria hatása A meghatározás pontossága nagymértékben függ a kialakult geometriától. Ez jelenti azt is, hogy az egyes állomások hogyan helyezkednek el egymástól, illetve azt is, hogy egy műszer esetén hány műholdat, milyen magassági szög mellett látunk. A probléma érzékeltetése céljából idézek Ádám et al.: Globális helymeghatározás könyvéből: „… képzeljük el, hogy egy síkkordináta rendszerben valamely pont helyét két egyenes metszéspontjaként keressük. Mindaddig, amíg az egyenesek helyzetét hibátlannak tekintjük, a metszéspont egyértelműen meghatározott egyetlen pont… Abban a pillanatban azonban, amikor az egyenes helyzetében bizonytalanságot engedünk meg, a metszéspont helyett a síknak egy tartományát kapjuk meg, amelyen belül a megoldás különböző valószínűséggel ugyan, de bárhol adódhat”. Relativisztikus hatások A felszínen lévő vevő, illetve a Föld körül keringő műhold különböző gravitációs erőtérben gyorsulva mozognak, ezért érvényesül az általános és speciális relativitáselmélet törvénye, többek között • a műhold pályáját a valóságos Föld nehézségi erőtere zavarja, • a jel terjedési alakját az euklideszi térben értelmezett műhold-vevő távolsághoz képest a Föld nehézségi erőtere megváltoztatja, melynek értéke lehet akár 18 mm is, mely fázismérések különbség képzésekor kiesik, • a műhold órája máshogy jár, mint a Földi órák, ennek oka az eltérő sebesség, és a különböző nehézségi erőtér. Végül tekintsük át az egyes hibahatásokat (Ádám et al.: Globális helymeghatározás alapján) abszolút helymeghatározás esetén, a nagyságrendek áttekintése céljából:
  • 16. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 22. oldal Hibaforrás Eltérés [m] Ingadozás [m] Eredő [m] Műhold pálya 2,3 0,0 2,3 Műhold óra 2,0 0,7 2,1 Ionoszféra 4,0 0,5 4,0 Troposzféra 1,0 1,0 1,4 Többutas terjedés 1,0 1,0 1,4 Interferencia zavarok 0,5 0,2 0,5 Műhold geometria Kb 11,0 2. táblázat - GPS mérések hibahatásai GPS méréstechnikák A különböző GPS méréstechnikákat négy csoportba sorolhatjuk be, melyek a következőek: • A mért jel szerint: E szerint megkülönböztethetünk fázismérés és kódmérésesen alapuló helymeghatározást. A kódmérés során tulajdonképpen a tényleges futásidőt mérjük, ezzel az elérhető pontosság deciméteres nagyságrendű. A fázismérés során a nem egész számú utolsóként beérkező fázist tudjuk meghatározni. A megelőző egész számú fázisok meghatározását a ciklus-többértelműség feloldásának nevezzük, az egész részeket pedig ciklus-többértelműségeknek. Ezzel a módszerrel milliméteres nagyságrendben tudunk helyzetet meghatározni. • Az állomások száma szerint: E szerint megkülönböztethetünk, olyan eseteket, amikor egy állomás, vagy több állomás mér egyszerre. Az előbbit abszolút helymeghatározásnak, az utóbbit relatív helymeghatározásnak hívjuk. Az abszolút helymeghatározás esetén is természetesen mérhetünk egymás után több pontot, de ezek a mérések teljesen függetlenek egymástól. Ebben az esetben korábban már láttuk, hogy legalább négy műholdat kell látnia a vevőnek. Ezen az alapon végzett mérés nem felel meg a geodéziai igényeknek, de térinformatikai, autó-, hajó-, ill. repülő navigációra megfelelő. A relatív helymeghatározás során két, vagy több állomás egyszerre rögzít adatokat. Előnye, hogy a több állomáson végzett mérések együttesen kiegyenlíthetőek, a gyakorlati alkalmazások során, természetesen kényszert is visznek a hálózatba (pl. egy állomás koordinátáinak megkötése, ha az ismert), ezáltal a méréshibák csökkenthetőek, így az elérhető pontosság nő. • Az állomások helyzetváltozása szerint: E szerint a csoportosítás szerint megkülönböztethetünk statikus és kinematikus méréseket. A statikus mérés során a vevők mindegyik mozdulatlan (természetesen az adott koordinátarendszerben), míg kinematikus mérések esetén, vevők közül egy, vagy több mozog. • A feldolgozás időpontja szerint: E szerint megkülönböztethetünk valós idejű, ill. utólagos feldolgozást. A valós idejű feldolgozás során, az eredmények szinte azonnal megjelennek a
  • 17. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 23. oldal műszer kijelzőin. Mint majd később látni fogjuk, hogy ebben az esetben – bizonyos méréstechnikák mellett – meg kell oldania a korrekciók vételét, amiket egy másik állomás sugároz, hogy ezzel növeljük a mérés pontosságát. Az utólagos feldolgozás során nem a mérés idejében határozzuk meg az eredményeket, hanem utólagosan egy későbbi időpontban. A feldolgozás előnye, hogy olcsóbb, mint a valós idejű, ezen kívül az IGS által szolgáltatott adatokkal, a pálya, és referencia állomás koordináta megoldások pontosabbak, így nő a feldolgozás által elérhető pontosság. A mérési módszerek az egyes csoportosítások, mint halmazok metszeteként értelmezhetjük: • Statikus-abszolút mérések: A mérés során egyetlen vevő koordinátáinak meghatározása álló helyzetben kódmérés segítségével. Ekkor a mérések eredményeit átlagolja a feldolgozó szoftver, mellyel pontosság javulás érhető el. Geodéziai célokra nem szokás használni. A műszerek ezzel a módszer adnak tájékoztató jellegű koordinátákat. • Kinematikus-abszolút módszer: Ezzel a technikával találkozhatunk jármű-, hajó-, repülő- navigáció esetén. Cél az egyetlen mozgó vevő koordinátáinak meghatározása kódméréssel. Katonai célú alkalmazásának célja a rakéták, UAV, és egyéb katonai eszközök minél pontosabb célhoz jutatása. • Statikus-relatív módszer: Több mozdulatlan vevővel egy időben mérünk. A relatív mérési technikának köszönhetően a hibahatások csökkenthetőek, illetve ki is ejthetőek ún. különbség képzéssel. A módszer tovább osztályozható hagyományos statikus, gyors statikus, illetve visszatéréses kategóriákba. A hagyományos statikus módszer esetén a mérési idő akár több nap is lehet, a bázishosszak (két állomás közötti távolság) 10 km-nél nagyobbak, az elérhető pontosság milliméter nagyságrendű. A gyors statikus méréseket jellemzően 15 km- nél kisebb bázishosszakon, 10-30 perces mérésekkel végzik. Az így elérhető pontosság centiméteres nagyságrendű, alappontsűrítések esetén használják. A visszatéréses mérés technika esetén a pontokat rövid ideig mérjük, de azokhoz bizonyos időközönként visszatérünk, majd újból megmérjük. Előnye, hogy rossz műhold-geometria esetén javulnak az eredmények. Az elérhető pontosság centiméteres nagyságrendű, alappontsűrítésre szokás használni. A statikus-relatív módszer a legolcsóbb technika geodéziai célú mérésekhez, ezért széles körben alkalmazzák. Alapvetően utófeldolgozással számítják az eredményeket. Meteorológiai célú felhasználásokra a hagyományos statikus technikát alkalmazzák, így a későbbiekben ezt az eljárást majd külön kívánom részletezni. • Kinematikus-relatív módszer: Ismert ponton álló, ún. bázisállomás segítségével, egy, vagy több mozgó vevő helyzetének meghatározása. A mérés mind kódmérés, mind fázismérés esetére használják. A bázisállomás meghatározza a mérések során keletkező hibákat, majd
  • 18. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 24. oldal ezeket a korrekciókat, valamilyen módon (rádióhullám, GPRS) továbbítja a vevőberendezések felé. Ezt a megoldást RTK-nak (Real Time Kinematic, Valós idejű kinematikus) nevezik. Ezzel a módszerrel valós időben kaphatunk megfelelő pontosságú, gyors koordinátákat. Geodéziában rendkívüli módon meggyorsíthatja a felmérések, vagy kitűzések végrehajtását. Természetesen használat előtt meg kell vizsgálnunk a pontossági, és megbízhatósági kritériumokat. Megjegyzésként megemlítem, hogy a dolgozat írása5 közben jelent meg egy FVM rendelet, mely szabályozza a globális helymeghatározó rendszerek alkalmazásával végzett pontmeghatározásokat a sajátos célú geodéziai munkák esetén. A hagyományos statikus-relatív mérések feldolgozásának elméleti háttere A hagyományos statikus mérések során hosszú bázisvonalakkal (>10 km) dolgozunk, és egy óránál hosszabb méréseink vannak. Ebből következően, sok fölös méréssel rendelkezünk. A mérések kiegyenlítését a Gauss-Markov-féle legkisebb négyzetek módszerével végzik. A méréseken ún. Kálmán-szűrést alkalmaznak az időben változó paraméterek becslésére. A továbbiakban matematikai definíciók, képletek leírása helyett, a hangsúlyt a számítások szöveges magyarázatára kívánom helyezni, közben nem elfeledkezve arról, hogy a meghatározás egy túlhatározott problémakörben zajlik. A relatív méréseken alapvetően fázismérések relatív feldolgozását értjük. Megoldásnak két lehetőség is mutatkozik. Az egyik a különbségképzéssel, másik módszer e nélkül számolja ki a megoldásokat. Amerikában a különbségképzés nélküli módszer terjedt el. Ezt a módszert támogatja a GIPSY-OASIS (GPS-Inferres Positioning System and Orbit Analysis Simulation Software) szoftver, melyet a JPL (Jet propulsion Laboratory) fejleszt. Európában a tényleges számítást megelőzően differenciaképzéseket végeznek. A berni egyetem Bernese GPS szoftvere ezt a megoldást támogatja, ezt a szoftvert használtam én is, ezért a továbbiakban ezzel a technikával foglalkozom részletesebben. A különbségképzések során a méréseket terhelő hibahatások kiesnek. Megjegyzem, hogy elméletileg mindkét módszer azonos eredményeket szolgáltat. A fázismérések feldolgozását mindig megelőzi a kódmérések előfeldolgozása. A kódmérések során a C/A kódtávolságok segítségével meghatározhatóak az előzetes koordináták, illetve órahibák a fedélzeti pályaadatokból. Az eljárás megegyezik a kódmérésen alapuló abszolút helymeghatározással. A nyers mérési adatokat zérus differenciáknak nevezzük. A feldolgozás következő lépése az egyes differenciák képzése: 5 2010. április 27. Magyar Közlöny 63.szám (47/2010. FVM rendelet)
  • 19. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 25. oldal • Egyszeres vagy állomás-differenciák képzéséhez felhasználjuk a korábbi kódmérésből származó vevő órahibákat. A különbség képzés során az azonos műholdra és azonos időpontra, de két különböző állásponton mért fázistávolságok különbségét számítjuk, ahol valamely álláspont koordinátáit ismertnek tekintjük. Ez az állomás a számítási egységben felfogható, mint bázisállomás. Az előzetes koordinátáit a kódmérésből már ismerjük, vagy korábbi GPS mérésekből már meghatároztuk. A két futási idő különbsége, a két állomás közötti különbség, így az órakorrekciók és a műhold ismeretlenek kiesnek, ám a vevőórahibák benn maradnak. • A kettős különbségképzés, vagy műhold-differenciák meghatározása azon a módszeren alapszik, hogy egy bázisműholdra nézve az azonos időpontú egyszeres különbségeket, azokat kivonjuk egymásból. Ennek köszönhetően kiesnek az adott időpontra vonatkozó előzetes vevő órahiba korrekciók, és az azokhoz rendelt ismeretlen változások a közvetítő egyenletekből. Azonban a troposzféra és fáziscentrum-külpontosság még mindig terheli ezeket az értékeket. • A hármas különbségképzés során az időben egymást követő kettős különbségeket kivonjuk egymásból. Lényege, hogy a különbségképzés során a szabályos hibák nagyon kicsik, így könnyen kimutatható belőlük a ciklusugrások. Ezeket megkeresve eldönthető, hogy a méréseket kivesszük, avagy új ciklus-többértelműséget vezetünk be. Minél több differencia számításával, csökkenek a mérést terhelő szabályos hibák, ellenben a geometriai kondíció romlik. Ezért a hármas differenciák képzését csupán a ciklusugrások detektálására használják, és ezután történik meg a kettős különbségek kiegyenlítése. A kettős differenciák meghatározása után, a kiegyenlítés során meg kell határozni a ciklus- többértelműségek értékeit. Ezt az eljárást a ciklus-többértelműségek feloldásának nevezzük. Nagyobb távolságok esetén – amelyekkel ebben a részben kívánok foglalkozni – az ionoszféra hatások a különbség képzés során nem esnek ki, így lehetetlenné teszik a ciklus-többértelműségek megállapítását. A legegyszerűbb esetben ezt a hatást modellek segítségével vehetjük figyelembe. Újabb megoldások a korszerű kétfrekvenciás vevőkben rejlő lehetőségeket használják ki. Ez azt jelenti, hogy az L1 és L2 megfelelő együtthatójú lineáris kombinációit alkalmazva kaphatjuk az ún. wide lane (L5) illetve ionoszféra-mentes (L3) lineáris kombinációkat, melyeket együttesen alkalmaznak. A wide lane kombináció az ionoszféra és troposzféra hatásának minimalizálása a célja, míg az ionoszféramentes kombináció, olyan együtthatókat tartalmaz, mely az ionoszféra hatását kiejtik.
  • 20. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 26. oldal 5. Használatban a Bernese A Bernese Az általam használt GPS feldolgozó szoftver a Bernese 5-ös verziója volt. A program Fortran eljárások halmaza melyet a 80-as évek óta fejlesztenek a berni egyetem Csillagászati Intézetében. Az eljárásokat mára egy grafikus felhasználói felülettel (GUI) egészítették ki. Tudományos célú szoftver, mellyel kielégíthetőek a GPS mérések során elérhető legnagyobb pontossági igények. A feldolgozás során a legkülönfélébb bemenő adatok alapján, az általunk kívánt adatok határozhatóak meg. A program az ún. BPE (Bernese Processing Engine) modulján keresztül GPS mérések automatikus feldolgozására is alkalmas. Ennek köszönhetően külföldön előszeretettel alkalmazzák erre a célra. A FÖMI-KGO a magyarországi GNSS infrastruktúra keretében a GPS mérések automatikus feldolgozására használja a szoftvert, és annak eredményeit bocsájtja a felhasználók rendelkezésére. A fejezetben nem tudom tárgyalni a Bernese minden lehetőségét. Ellenben próbálok minél teljesebb képet alkotni a szoftverről, hogy a gyakran használt adatokkal az előforduló statikus feldolgozási módszereket a leírás alapján el lehessen végezni. A teljes dokumentáció elérhető a http://www.bernese.unibe.ch/docs/DOCU50.pdf honlapcímen. A telepítés A Bernese program - habár nem ingyenes - forráskódja hozzáférhető, így elméletileg lefordítható bármilyen architektúrára, amin létezik megfelelő Fortran fordító program. A grafikus felhasználó felület használatához továbbá szükséges, hogy az adott rendszer támogassa a Qt6 grafikus rendszert. A valóságban meg kell küzdeni a rendszer telepítésével, - ami a diploma szerzőjének nem kis erőfeszítésébe került - mivel a fordítóprogramnak fel kell tudnia dolgozni a Fortran kódokat. Ezen kívül a Qt telepítése sem egyszerű köszönhetően annak, hogy a Bernese menürendszere egy régebbi Qt (3.0.7.) verziót támogat. A www.bernese.unibe.ch honlap support menüpontja alatt kaphatunk információkat a támogatott fordítókról, operációs rendszerekről, melyek között a Windows és Unix típusú rendszerek szerepelnek. A dolgozat írásakor a javasolt platformok az alábbi táblázatban láthatóak7 . 6 A Qt grafikus rendszer egy több platformos megoldás szabványos grafikus felület létrehozására. A Trolltech cég terméke, melynek csökkentett tartalmú verziója ingyenes. 7 forrás: http://www.bernese.unibe.ch/support_cmp.html
  • 21. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 27. oldal Operációs rendszer Fordító Megjegyzés SOLARIS F90 SunOS 5.9 - Fortran 95 6.2 Patch 111690-07 2002/06/26 SOLARIS NAG-F90 SunOS 5.9 - NAGWare Fortran 95 compiler Release 4.0(257) SOLARIS F90_V83 SunOS 5.10 - Fortran 95 8.3 AIX XLF90 AIX 5.1 - XL FORTRAN for AIX VERSION 7.1.1.0 HP-UNIX F90 not supported: HP F90 v2.3 HP-UNIX F90 HP_UX B.11.11 - HP F90 v2.5.1/2.7.1 LINUX LF95 not supported: Lahey/Fujitsu Fortran 95 Express Release L6.20a LINUX G95 Linux 2.6.13 - gcc version 4.0.3 (g95 0.91!) March 2008 LINUX LF95 Linux 2.4.10 - Lahey/Fujitsu Fortran 95 Express Release L6.20b LINUX LF95 Linux 2.4.20 - Lahey/Fujitsu Fortran 95 Compiler Release L6.20c LINUX IFC LINUX 2.4.10 - Intel(R) Fortran Compiler, Version 6.0, Build 020312Z LINUX IFC Linux 2.6.4 - Intel(R) Fortran Compiler, Version 7.0, Build 20021028Z Linux IFC Linux Intel(R) Fortran Compiler, Version 8.1 Linux IFC Linux 2.6.16 - Linux Intel(R) Fortran Compiler, Version 9.1 Linux F90 (Portland) Linux 2.6.4 - pgf90 Version 5.1-3/5.0-2, The Portland Group, Inc. Linux NAG-F90 Windows LF95 MS-Windows 2000 (Version 5.00.2195, SP 4) MS-Windows XP (Home edition, version 2002, SP1) MS-Windows 98 (Version 4.10.1998) Windows G95 MS-Windows XP Professional (Version 5.1.2600, SP 2) A szoftver hardver követelményei: • Pentium típusú processzor • Operatív tár o 128 MB RAM SMALL és MEDIUM memória modell mellett o 512 MB RAM LARGE memória modell mellett • Háttértár o 300 MB a program számára o A feldolgozáshoz szükséges adatok tárolási igénye o A feldolgozás során használt ideiglenes fájlok (temporary file) egyes esetekben a 2GB is elérhetik Az alábbiakban a Windows és Ubuntu Linux rendszerekre történő telepítés részleteit közlöm, melyeket a gyakorlatban is végrehajtottam.
  • 22. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 28. oldal Telepítés Windowsra Windows rendszerekre a telepítés egyszerű. A fejlesztők biztosítanak egy telepítő programot. A telepítő varázsló futása után a program már használható is. A telepítő varázsló nélkül a következő módon járhatunk el: • Fő program telepítése a BSW50.EXE futtatásával. • Felhasználói környezet telepítése a GPSUSER.EXE futtatásával. • Kampány könyvtárstruktúra telepítése a GPSDATA.EXE futtatásával. A program telepítése után szükséges még installálnunk valamilyen Perl interpretert. Ehhez a Bernese felhasználói kézikönyve az ActivePerl szoftvert ajánlja, mely letölthető a http://www.activestate.com/activeperl/ honlapcímről. Telepítés Ubuntu Linuxra A Linux egy népszerű disztribúciója az Ubuntu, melynek elérhetőek laptop, desktop, és szerver változatai. A dolgozat írásakor a legfrissebb stabil verziója a 9.10 (kódneve: Karmic Koala). A Berneset erre a rendszerre telepítettem. A működő konfiguráció az én esetemben a következő: • Operációs rendszer : Ubuntu Linux 9.10. (Karmic Koala) • Qt függvénykönyvtár: Qt v3.0.7. • C++ fordító: GCC (g++) v4.4.1. • Perl interpreter: perl v5.10.0 • Fortran fordító: G95 v4.0.3. A telepítés lépései a következőek voltak: • Jogok beállítása: a telepítés során rendszergazda (root) jogokkal kell rendelkeznünk! • G++ telepítése: ha még nincs fenn megfelelő GCC verzió, az alábbi módon tölthető le a parancssorból: sudo aptitude update sudo aptitude install build-essential Ha a fordítás során a fordító hiányol bizonyos include fájlokat, szükséges lehet a megfelelő g++ standard könyvtár (STL) letöltése. • Qt 3.0.7. telepítése: a tömörített fájl letölthető az ftp.trolltech.com/qt/source/qt-x11-free- 3.0.7.tar.gz. Fontos hogy ezt a Qt verziót használjuk. A Bernese honlapján is ezt ajánlják. A letöltött forráskód hibás, melyet egy patch segítségével, vagy az alábbi módon küszöbölhetünk ki. Csomagoljuk ki a tömörített állományt, majd a include/qvaluestack.h
  • 23. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 29. oldal forráskódban 57. sorában a remove(this->fromLast()); helyett: this->remove(this- >fromLast()); írjuk át! • G95 telepítése : Töltsük le a G95 Fortran fordító megfelelő verzióját az internetről, futtatható állományként (binaries) . Kövessük az INSTALL fájl utasításait . Hozzunk létre aliast a *g95* nevű fájlhoz. Lépjünk be a kicsomagolt könyvtár bin könyvtárába, majd alias g95=<PATH>/bin/*g95* Vigyázzunk hogy ne legyen feloldhatatlan név hivatkozás, pl. szimbolikus linkek miatt! Ha ez áll fenn, akkor érdemes a fordító teljes elérési útvonalát megadni a CMPOPT.pl fájlban (lsd. lentebb). • Bernese fordítása: futtassuk a ./setup.sh fájlt, fontos hogy először ezt tegyük, majd nyissunk új terminált! A kicsomagolt helyen a ${X}/EXE/CMPOPT.PL fájlba a megfelelő helyre illesszük be a http://www.bernese.unideb.ch/support_cmp.html#LINUX_G95 helyen elérhető kódot , mely az alábbi: # Linux + G95 # -------------------------------------------------- if ($OS_NAME eq "LINUX" && $F_VERS eq "G95") { if ($ext eq "f90") { #Ide érdemes a fordító teljes elérési útvonalát megadni $cmpCmd = "g95"; $genOpt = "-Wunset-vars -O2 -ftrace=full -I. -I${C}/LIB/OBJ - I${I} -cpp " . "-DOS_UNIX -DCMP_GNU -DDIM_LARGE -DEPH_DE405"; $optOpt = ""; } if ($ext eq "f") { #Ide érdemes a fordító teljes elérési útvonalát megadni $cmpCmd = "g95"; $genOpt = "-Wunset-vars -O2 -ftrace=full -I. -I${C}/LIB/OBJ - I${I} -cpp -fstatic ". "-DOS_UNIX -DCMP_GNU -DDIM_LARGE -DEPH_DE405"; $optOpt = ""; } } • Ezután a menüben a Fortran fordítóprogram kiválasztásakor válasszuk az OTHER opciót, alább meg lehet változtatni az értékét. Tegyük ezt a G95-re. A program jelzi, ha a menü és a Fortran kódok is sikeresen lefordultak. Futtatása G paranccsal történik a konzolból.
  • 24. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 30. oldal A program frissítése A program frissítése feltétlenül szükséges, ugyanis a verzión belül is a különböző frissítések között az egyes be-, illetve kimeneti fájlok formátuma néhány esetben megváltozott. A frissítéshez töltsük le a http://www.bernese.unibe.ch/bsw50updater.pm perl modult. Ez bármely platformon azonos. Az egyes frissítési lépések a Bernese honlapján elérhető leírásból könnyen végrehajthatóak. Bernese könyvtárstruktúrája A Bernese könyvtárstruktúráját fontos megismernünk, mivel azokat a program futatása előtt és után gyakran használnunk kell. A mérési adatokat be kell helyeznünk a megfelelő helyre, időnként az általánosan használt fájlokat (konstansok, műhold hibák, stb.) frissítenünk kell. Továbbá az automatikus feldolgozás során megfelelő helyre kell elhelyeznünk a letöltött adatokat, illetve bármilyen hiba esetén tudnunk kell, melyik log fájlt hol kell keresnünk. A feldolgozás végén ki kell tudnunk választani a számunkra fontos állomány helyét, melyet további feldolgozásra tudunk használni. A Bernese program könyvtárstruktúrája jobban érthető, ha tisztában vagyunk a program működési elvével. A szoftver számtalan kis Fortran program gyűjteménye. A fejlesztő által biztosított grafikus felhasználói felület (Graphical User Interface, GUI) fogja össze a kis programokat, és biztosít egy könnyen kezelhető felületet a feldolgozás lépéseihez. Később látni fogjuk, hogy a GUI a panel területen megjelenő információkat elmenti, illetve betölti a menü (INP) fájlokból. Továbbá az automatikus feldolgozás során is ezek a fájlok használhatóak. A könyvtárak állományai között találhatóak még Perl szkriptek, melyek egyes menü funkciók végrehajtását, illetve az automatikus feldolgozást támogatják. Telepítés után a program létrehozott könyvtárak a következőek: Könyvtár Rövid leírás Változó BERN50 Program könyvtár: Ebben találhatóak a Bernese futásához szükséges fájlok, ide tartoznak a lefordított Fortran, GUI vezérlő fájlok, Perl szkriptek, általános menü leírások (INP fájlok). $C GPSDATA GPS adatok könyvtára: Itt érdemes tárolni a kampány könyvtárat, bár ezt a fájlrendszerbe bárhol megtehetjük $P GPSUSER Felhasználók könyvtára: BPE definíciós fájlok (PCF fájlok), a felhasználóhoz rendelve, a menü vezérlését biztosító INP fájlok. A könyvtár ennek segítségével biztosít lehetőséget a testreszabáshoz. $U TEMPV50 Ideiglenes állományok könyvtára $T 3. táblázat - A telepített könyvtárak A program futása során, illetve operációs rendszer szinten is (környezeti változók) lehetőséget biztosít ún. aliasok használatára. Ezek segítségével könnyen hivatkozhatunk a Bernese fontosabb könyvtáraira relatív elérési úttal. Ezek neveit láthatjuk a táblázatok Változó c. oszlopában.
  • 25. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 31. oldal A következőekben tárgyalom a fontosabb könyvtárak tartalmát. BERN50 program könyvtár tartalma Könyvtár Rövid leírás Változó GPS A feldolgozáshoz szükséges alapvető könyvtár $X GPS/EXE A Bernese telepítésekor, frissítésekor az itt lévő szkriptek futnak le, illetve itt találhatóak a program futási beállításai GPS/EXE/LOADGPS.setvar A program ebben tárolja a futáshoz szükséges elérési útvonalakat, változókat, beállításokat GPS/GEN Bármely feldolgozáshoz szükséges adatok a GEN könyvtárba kerülnek eltárolásra. Ezek frissítés bizonyos időközönként szükséges. GPS/GEN/RECIEVER Vevő műszer információk GPS/GEN/SAT_YYYY.CRX Műhold hibák GPS/GEN/SATELLITE Műhold adatok GPS/GEN/PHAS_COD.I01 A vevők fáziscentrum külpontosságai GPS/GEN/DE200.EPH A bolygó perturbációk hatások leírásához szükséges ismerni a naprendszer bolygóinak a helyzetét. A mozgást leíró modell ebben a fájlban található. Telepítéskor nincs a könyvtárba. Letölthető változatai a ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/de200/ oldalról elérhetőek. GPS/GEN/DATUM A különböző geodéziai dátumok térbeli elhelyezése GPS/GEN/CONST Konstansok értékei GPS/GEN/GPSUTC A GPS és UTC közötti szökőmásodperceket tárolja GPS/HLP Help fájlok GPS/OPT Menü (INP) fájlok helye, amelyeket a BPE esetén alkalmazni szeretnénk GPS/PAN Ide kerülnek mentésre a GUI esetén használt menü (INP) fájlok GPS/PCF Néhány alapértelmezett BPE fájl (automatikus feldolgozás) INC/FOR Fortran include forrásfájlok. Ha saját magunk akarunk belenyúlni a kódba, akkor itt végezhetünk kisebb átalakításokat. $I LIB/FOR Fortan libarary forrás. $LG MENU Menü rendszer C++ forrásfájlok helye, illetve itt található a lefordított menu.exe, melyet megfelelő paraméterezéssel (lsd. Dokumentáció) futathatunk $XQ PGM/FOR A lefordított Fortran kódok tárgykódjai, forráskódok itt találhatóak $FG PGM/EXE A lefordított futtatható Fortran kód $XG 4. táblázat - BERN50 könyvtár tartalma Ezek után tekintsük végig a GPSDATA könyvtár szerkezetét! Ezt a könyvtár szerkezetet használja a Bernese abban az esetben is, amikor saját magunk hozzunk létre kampányt. A letöltött (internetről, műszerről) nyers adatokat ezekbe a könyvtárakba kell bemásolnunk. Innen dolgozhatjuk fel őket a szoftver GUI-jának segítségével.
  • 26. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 32. oldal GPSDATA és egyéb kampány könyvtárak tartalma Könyvtár Rövid leírás ATM Atmoszférával kapcsolatos fájlok BPE BPE loggolása ebbe a könyvtárba történik OBS Mérések adatai. A vevő Rinex fájlait a Bernese saját formátumára konvertálja, amiket itt tárol. ORB Pálya adatok; a bejövő illetve a feldolgozás során létrejövő fájlok is itt találhatóak, pl. pólusmozgást leíró fájl (.IEP), precíz efemeridák (.PRE), műhold óra adatok (.CLK), táblás pálya fájlok (.TAB), sztenderd pálya fájlok (.STD) ORX Abban az esetben, ha a RINEX fájloknak még előfeldolgozáson kell átesniük (pl. levágás, összefűzés) ide kell őket elhelyezni OUT Az egyes feldolgozási lépések log fájljai találhatóak itt. RAW A már feldolgozásra váró RINEX fájlok helye. Ha a fájlnak nem kell előfeldolgozáson átesnie, rögtön ebbe a könyvtárba másolható. SOL Megoldások fájljai (pl. kiegyenlítés eredményei , SINEX) STA Állomással kapcsolatos fájlok, koordináták (.CRD), bázisvonalak (.BSL), rövidítések (.ABB), állomás leírások (.STA), stb. 5. táblázat - GPSDATA könyvtár tartalma Az alábbi táblázat mutatja a GPSUSER könyvtár tartalmát. GPSUSER könyvtár tartalma Könyvtár Rövid leírás PAN A felhasználó menü (INP) fájlai OUT Kampány független logfájlok OPT A felhasználó ide helyezheti a saját menü (INP) fájlokat, amelyeket el akar menteni (BPE esetén hasznos) PCF BPE vezérlő fájlok (.PCF) SCRIPT Testreszabhatóak a parancsok elindítása WORK 6. táblázat - GPSUSER könyvtár tartalma GPS mérések kézi feldolgozása Bernese segítségével GPS méréseink kézi feldolgozását a Bernese GUI-jának segítségével fogjuk végrehajtani. A feldolgozás két részre bontható: • Előfeldolgozás: GPS adatok előkészítése a tényleges számításhoz • Feldolgozás: Az előfeldolgozott adatok alapján a szoftver képes sokféle kimenő adat (pl. koordináták, maradék ellentmondások, légköri modellek paramétereinek) meghatározására
  • 27. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 33. oldal Bernese első indítása A program futása Linux rendszereken a G paranccsal terminálról, Windows rendszereken az Asztalon található Bernese 5.0 ikon segítségével, vagy Program Files -> Bernese GPS Software -> Bernese 5.0 menüpont kiválasztásával. A felhasználói felület a következő elemekből épül fel. 1. Menü sor: Különböző programok futtathatóak itt, illetve beállításokat adhatunk meg 2. Panel terület: Egy a menüben kiadott parancs paraméterezését végezhetjük el, több űrlap segítségével 3. Parancs sor: Itt vezérelhetjük a panel területet, illetve futtathatjuk a programot 4. Státusz sor: Kampány, session, felhasználói információk megjelenítése Az alábbi ábrán látható az elemek elhelyezkedése. 3. ábra - A Bernese képernyőképe A programtól a Help -> Help on Context menüpontján keresztül, bármikor segítséget kaphatunk az adott kontextusról. A menü a legtöbb programhoz kínál űrlapokat, melyekkel könnyen paraméterezhetjük őket. Ezek elmentve, letárolásra kerülnek a GPSUSER könyvtár PAN mappájában INP kiterjesztésű menü fájlként. Ezeket a program vissza tölti amikor ismételten megnyitjuk az adott űrlapot. Itt jegyzem meg, hogy amennyiben az egyes űrlapokon eltérő beállításokat alkalmazunk, az űrlapok sorrendje változhat. Az adatok előfeldolgozása Az előfeldolgozás során a bemenő RINEX fájlokon átalakításokat végezhetünk (CCRINEX0), majd a nyers mérési adatokat a Bernese belső formátumára kell alakítanunk (RXOBV3). Ezután a megfelelő
  • 28. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 34. oldal műhold pályák létrehozása következik. Először ún. táblázatos pályákat kell számítanunk (PRETEAB), mely során a precíz pályaadatok a földhöz kötött koordinátarendszerbe transzformálja a szoftver, ezen kívűl a műholdak óra paraméterei is elmentésre kerülnek. Ezekhez a műveletekhez szükségünk van a földforgás paraméterekre (ERP), melyeket szintén a Bernese belső formátumára kell konvertálnunk (POLUPD). A kapott adatokból előállíthatóak az ún. sztenderd pálya adatok (ORBGEN). Ennek során a szoftver numerikus integrálást végez a nagypontosságú simuló Kepler pályák meghatározásához. A tényleges feldolgozást megelőzően még további számítások elvégzése szükséges. Kódmérés segítségével szinkronizáljuk a vevő órákat a GPS időhöz, illetve előzetes koordinátákat állítunk elő (CODSPP). Hálózat feldolgozásához bázisvonalakat kell definiálnunk (egyszeres differenciák, vagy más néven állomás-differenciák képzése) (SNGDIFF), ezek után a fázismérések előfeldolgozásával megpróbálja feloldani a szoftver a mérés során keletkező ciklusugrásokat (MAURPP). Az egyes lépéseket az alábbi folyamatábra szemlélteti. A továbbiakban bemutatom az egyes lépések végrehajtását Bernese szoftverrel. 4. ábra - Az előfeldolgozás folyamatábárja Fájlelnevezési konvenciók Mielőtt rátérnénk a konkrét feldolgozási lépésekre, tisztáznunk kell, hogy a bemenő adatokhoz a fájlokat milyen konvenció szerint érdemes elneveznünk illetve, hogy ezt miként támogatja a Bernese.
  • 29. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 35. oldal Ez azért is fontos, mert a későbbiekben, amikor az automatikus feldolgozás során fájlokat töltünk le külső szerverekről, azok is az alábbiakban ismertetésre kerül fájl elnevezési konvenciót alkalmazzák. Minden EUREF állomás rendelkezik egy négy betűs rövidítéssel, melyet az IGS megfelelő szervezete elfogadott. Ilyen például a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomány Egyetem Általános és Felsőgeodézia Tanszéke által működtetett permanens GPS mérőállomás BUTE rövidítése. Az egyes rövidítéseket a Bernese a kampány könyvtár STA mappájának ABBREV.ABB fájljában találhatjuk. A program a megfelelő 4 illetve 2 karakterű rövidítéseket a RINEX fájlok importálása során önállóan kimenti az említett fájlba (lásd később). Az állomásmérési fájlok ezzel a négybetűs rövidítéssel kezdődnek. Ezután a mérés napjának adott évbeli sorszáma következik (1-től 356-ig). 24 órás mérési adat esetén a fájl vége egy 0 karakterrel végződik, azonban egy órás mérés esetén az adott óra ábécébeli megfelelője zárja (például hajnal 1 óra A, délután 18 óra M). A kiterjesztés a mérés évének utolsó két karaktere, valamint állomás mérési fájl esetén O-ra végződik, navigációs fájl esetén N-re, meteorológiai fájl esetén M-re. Az alábbi ábrán például egy a BUTE állomáson mért állomás mérési fájl 2008. január 8.-án hajnali 3 órától egy órán keresztül rögzített adatok RINEX fájl elnevezése látható. 5. ábra - RINEX fájlok fájlelnevezési konvenciója A pályamegoldásokkal és földforgás paraméterekkel kapcsolatban az IGS szerverén másfajta elnevezési konvenciót alkalmaznak. Ebben az esetben a fájlnév IGS elnevezéssel kezdődik, majd azt a GPS hét követi, majd az adott nap sorszáma, úgy hogy a 0 a vasárnapi napot jelenti. A fájl tovább folytatódik egy ’_’ jellel, majd az adott napon belüli óra sorszáma következik. A fájlokat 6 óránként frissítik, így 00, 06, 12, 18 számok következhetnek. Amennyiben a kiterjesztés PRE az pólus fájlt, míg az SP3 kiterjesztés pályamegoldásokat takar. Ezek a fájlok mindig tartalmaznak értékeket az előző 24 óráról, illetve becsléseket a következő 12 órára. A Bernese GUI felülete ezen konvenciókat támogatja. Az automatikus feldolgozás során a megfelelő fájlok kiválasztását az ún. menü változók segítségével végezhetjük el.
  • 30. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 36. oldal Menü változók A Berneseben változókat hozhatunk létre, melyekkel a fájlok neveit paraméterezhetjük. Segítségükkel egyszer elvégezve a beállításokat - ha megadott fájlelnevezési konvenciót alkalmazzuk - nem szükséges a fájlokat újból megadnunk. A változók úgy épülnek fel, hogy ahány betű maga a változó, ugyanakkora hosszú szöveget helyettesít. Például a $Y változó az év utolsó két karakterét helyettesíti, míg a $Y+n a teljes évet, ahol az n betű helyére kerülő szám, megnöveli az értéket n-nel. Az alábbi táblázatban láthatóak a fontosabb beépített változók: Változó Formátum Jelentés $Y YY Az év utolsó két számjegye $M MM A hónap sorszáma, január esetén például 01 $D DD A nap sorszáma az adott hónapban $X A GPS könyvtár helye a háttértáron (lsd. feljebb) $+n DDD Az adott nap n nappal való eltolása $W+n WWWW GPS hét n nappal való eltolása 7. táblázat - Néhány menü változó További menü változókat megtekinthetjük a ’Menu variables’ menüpont alatt. Saját magunk is létrehozhatunk Menü változót. Ennek menete az alábbiakban tekinthető meg. Parancs Hatás Válasszuk ki a Configure -> Menu Variables parancsot. Megjelenik a megfelelő űrlap. Itt megtekinthető a már meglévő változók, és jelentéseik. A USER-DEFINED VARIABLES pont alatt adható meg az új változó érték. További változókat a gombbal adhatunk meg. Elvenni a gombbal tudunk. Kattintsunk utána a Parancs sor ^Next elemére. Következő űrlapon láthatóak a további elérhető beépített változók. Kattintstunk a ^Save parancsra a Parancssoron. A beállításaink elmentődnek.
  • 31. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 37. oldal Új kampány létrehozása Új kampány létrehozásakor a program a megadott elérési úton létrehozza a kampány fájlszerkezetét. Innen olvassa fel, illetve menti az adatokat. Egy új kampány létrehozása az alábbiak szerint zajlik. Parancs Hatás Válasszuk ki a Campaign -> Edit List of campaigns menü pontot. Megjelenik az elérhető kampánylisták. Adjuk meg az új kampány helyét, majd kattintsunk a Parancs sor ^Save parancsára. Több kampány is megadható, illetve kivehető, melyet a , gombokkal tehetünk meg. A megadott könyvtárat elérhetővé tettük a feldolgozó program számára. Válasszuk ki a Campaign -> Select active campaign menü pontot. Megjelenik a kampányválasztó dialógus ablak. Válasszuk ki a korábban megadott elérési utat. Már meglévő kampányt is itt tudunk megadni. Kiválasztásra került az aktív kampány. A már meglévő kampány esetén készen vagyunk. A program a megadott elérési útvonal alkönyvtárain dolgozik. Válasszuk ki a Campaign -> Create new campaign menü pontot. A program a korábban megadott elérési útvonalon létrehozza a kampány könyvtárszerkezetét.
  • 32. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 38. oldal Session definiálása A program a feldolgozás során mérési ablakot (time window) használ. Ez azt jelenti, hogy a megadott két időpont között dolgozza fel az adatokat, a többit figyelmen kívül hagyja. Ennek beállításához ún. sessionöket definiálhatunk. Ennek lépései a következőek. Parancs Hatás Válasszuk ki a Campaign -> Edit Session Table parancsát Ennek hatására megjelenik a SESSION TABLE űrlap A ’Session Identifier’ oszlopba megadhatóak a Session azonosítók, a többi oszlopba a kezdő időpont és a záró időpont amik az adott session azonosítóhoz tartoznak. A Session megadása után a Parancs sor ^Save parancsával fejezzük be a sessiont. Az új definíciók kiíródnak a kampánykönyvtár /STA/session.ses fájlba Sessionök esetén, ha a kezdő időpont nagyobb, mint a záró, akkor a záró időpontot a szoftver automatikusan a következő napra értelmezi. Sessionöknél az azonosító utolsó betűje 0 egy napi mérés feldolgozás esetén (ekkor a kezdő időpont 00:00:00 a vég időpont 24:00:00), illetve óránkénti definíciónál az adott órához rendelte megfelelő ábécébeli elemet szokták megadni hasonlóan, mint a RINEX állományoknál. Dátum beállítása A programnak meg kell adnunk a feldolgozás dátumát. A mérések ehhez az időponthoz viszonyítva kerülnek feldolgozásra. A beállított értéket olvassa ki a program az egyes változók helyettesítéséhez. Beállításának módja alább látható.
  • 33. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 39. oldal Parancs Hatás Válasszuk ki a Configure -> Set session/compute date menü pontot. Felugrik a Dátum választó dialógus ablak- Állítsuk be a dátumot a Year Month Day sorban. A mező a mellette lévő gombra kattintva válik szerkeszthetővé. A dátum megadása után kattintsunk a SET gombra. A többi mező kitöltődik Ezután megadhatjuk a napon belüli Sessiont, és a Session tábla fájlját. A Session fájlt az STA könyvtárba keressük. Kattintsunk az OK gombra. A beállítások elmentődnek. Bernese hibajelzései Amikor egy programot futattunk a Bernese grafikus felhasználói felülete (GUI) loggolást végez az eredményekről és a hibákról. A fájlok a kampány könyvtár OUT mappájába kerülnek elmentésre. Egy futás befejezésével az eredmények a Parancs sor ^Output gombjára kattintva érhetőek el. Ha a futás során valamilyen probléma keletkezett arról a program egy felugró ablakban tájékoztat. A probléma jellege két féle lehet: • Figyelmeztetés (WARNING): A számításokat a szoftver végre tudta hajtani, a kimeneti fájlok létrejöttek, de a feldolgozás további lépéseiben az eredmények hibát okozhatnak. • Hiba (ERROR): A szoftver egyáltalán nem tudta végrehajtani a programot, kimeneti fájlok nem lettek létrehozva. A felugró ablakban a figyelmeztetést három darab hashmark (###), a hibát három darab csillag (***) szimbólum jelzi. Az alábbi ábrán látható egy példa figyelmeztetésre.
  • 34. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 40. oldal 6. ábra - Példa Bernese figyelmeztetésre RINEX fájlok összevonása (CCRINEXO) A Bernese szoftver lehetőséget biztosít több különálló RINEX (Reciever INdependent EXchange) fájl összevonására, vágására. Ezeket megtehetjük állomásmérési, vagy akár navigációs (GPS vagy GLONASS) állományokkal is. Alább tekinthető meg, hogy paraméterezhetjük a Berneset állomásmérési RINEX fájlok összevonására. Parancs Hatás Válasszuk ki a RINEX->Cut/concatanate RINEX files->Observation files menüpontját. Megjelenik a CCRINEXO program űrlapja. INPUT FILES sornál adhatjuk meg az összevonni kívánt fájlokat. A fájlokat a kampány könyvtár ORX mappájába kell helyeznünk. Lentebb megadhatóak a log fájl elnevezése. Kattintsunk ezután a parancssor ^Next gombjára. A megjelenő űrlapon megtekinthetőek a korábbi menü beállításaink. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. A Beállításaink elmentődnek az INP fájlba, valamint megtörténik az állomások szerinti összevonás. Az állomás 4 karakteres rövidítése után a legkorábbi mérési fájl napja az adott évben, majd a Session azonosító betű karaktere lesz az új fájl neve. Az összevont fájlt a RAW könyvtárba találhatjuk meg.
  • 35. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 41. oldal RINEX fájl importálása (RXOBV3) A RINEX formátum de facto szabvány, amit a legtöbb szoftver támogat import/export folyamataiban. Az IGS ftp szerveréről letöltött fájlok is RINEX formátumúak8 . Ezeket a Bernese saját belső formátumára kell konvertálnunk a további feldolgozáshoz. Az importálási folyamat során különféle beállítások érhetőek el a RINEX fájl manipulációjával kapcsolatban. Navigációs, állomás mérési, illetve meteorológiai RINEX fájlokat alakíthatunk át. A továbbiakban tekintsük végig az állomás mérési RINEX fájlok import folyamatát. Parancs Hatás Válasszuk ki a RINEX->Import RINEX to Bernese format->Obervation files menüpontját. Megjelenik az RXOBV3 parancs első űrlapja. A gombra kattintva kiválasztható a fájl. A rugalmasabb kezelés érdekében használhatunk formális jeleket is. Ha nem szeretnénk, hogy a RINEX fájl headerjéből olvassa ki a program az állomás(ok) koordinátáit, akkor az alábbi menüpontban kijelölhető az a fájl ahonnan kiveheti a koordinátákat. Kattintsunk a ^Next gombra. A beállítások alapján a program később a futás során átkonvertálja a megadott fájlokat, ha adtunk meg állomás információs fájlt (STA) akkor abból a rövidítés alapján felolvassa a megfelelő információkat és az kerül elmentésre. Megjelenik az általános input fájlok űrlap. Általános input fájlok a konstansok, műhold információs fájl, a műhold problémák fájlja, vevő információk, a fáziscentrum külpontosság fájlja, GPS-UTC eltérések fájlja, illetve az állomás rövidítések fájlja. Általában az alapértelmezett beállítások megfelelőek. Ha mégis változtatnunk kell, azt a szövegmező melletti gombok segítségével tehetjük meg. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára Megjelenik a Kimeneti opciók 1 űrlap 8 Pontosabban Compact Rinex formátumúak, melyek még tömörítve vannak, ezt a késöbbiekben részletezem
  • 36. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 42. oldal TITLE mezőben megadható a kimeneti log fájlba írandó címke. Kiválasztható, mely műholdrendszereket importáljon a program (GPS, GLONASS, Összes) A pirossal jelölt résznél adhatjuk meg, hogy mi történjen, ha a rövidítés, amelyet a program kinyert a RINEX fájlból nem szerepel a rövidítések (ABBREV.ABB) fájlban. Az UPDATE+ opció azt jelenti, hogy ilyenkor hozzáfűzi a már meglévőkhöz. A DATA SAMPLING résznél beállítható milyen időközönkénti méréseket importáljon a szoftver. Számunkra a 30 másodpercenkénti megfelelő. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megfelelő beállítások alapján a program csak a megadott típusú műhold rendszerek bizonyos időközönkénti méréseit importálja. Ha a RINEX állományban szereplő rövidítés még nem szerepel hozzáfűzi az állományhoz. A következő űrlapon mérési ablakot (time window) állíthatunk be. Mérési ablakunkat a Session definíció alapján szeretnénk létrehozni, ezért ezen az űrlapon további teendőnk nincs. Ám lehetőségünk van saját mérési ablak definiálásához az import folyamat során, vagy akár el is hagyhatjuk azt. Kattintsunk a Parancssor ^Next gombjára. Megjelenik a Kimeneti opciók 2 űrlap. Az űrlap első részén az importálás során bizonyos ellenőrzéseket végezhetünk. Az alapértelmezett beállítások számunkra megfelelőek. Az űrlap alsó részén az antenna típusával kapcsolatos információkat adhatunk meg. Ha a vevőkészülék rendelkezi védőburokkal, akkor azt itt adhatjuk meg. Ezt a program a RINEX fájlból olvassa fel, és az állomás információs fájlból veszi a korrekciókat. Végül állítsuk be, hogy ha a fáziscentrum külpontosság értékei nem érhetőek el, akkor csak figyelmeztetést kapjunk. Kattintsunk a ^RUN gombra a Parancs soron. Az import folyamat végén a kampány könyvtár ORB mappájában létrejönnek a belső Bernese formátumú fájlok, és a beállításoknak megfelelően korábbi fájlok frissítődnek. Pólus fájl importálása (POLUPD) A folyamat során az IGS ftp szerveréről letölthető pólusfájlokat importálhatjuk a Bernese belső formátumára. Erre azért van szükségünk, hogy a különböző transzformációkhoz ismertek legyenek a földforgás paraméterek (ERP). Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit.
  • 37. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 43. oldal Parancs Hatás Válasszuk ki az Orbits/EOP->Handle EOP Files->Convert IERS to Bernese Format menüpontot. Megjelenik a POLUPD program űrlapja. INPUT FILES résznél adhatjuk meg a bemenő fájlokat. Ez lehet a Bernese formátumú ERP fájl, vagy külső fájl. Közel 20 féle formátumot támogat a program. A kimenő fájl nevét is megadhatjuk a RESULT FILE résznél. Ez lesz az új Bernese formátumú pólus fájl. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára A futáskor a megadott bemenő fájl átkonvertálásra kerül a Bernese belső formátumára. Az eredmény fájl az ORB könyvtárba kerül elmentésre. Ezután megjelenik az általános fájlok űrlap. Az általános fájlok űrlapon megadhatunk pólus külpont koefficienst az adott epochára. Ezt üresen hagytam. A GPS-UTC különbséget a GEN könyvtár GPSUTC fájljára állítsuk be. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik az Opció űrlap. Ezen az űrlapon adhatjuk meg a nutációs és a napon belüli pólus modellt. A GEN könyvtár IAU2000 és IERS2000 modelljeit használjuk. Kattintsunk a Parancssor ^RUN gombjára Létrejön a Bernese formátumú pólus fájl, egyes esetekben figyelmeztetést kaphatunk, hogy a fájl nem tartalmazza a nutációs és a napon belüli pólus modellt. Ha megfelelő formátumot használtunk nem kell törődnünk vele. Táblázatos pálya fájl létrehozása (PRETAB) A Bernese a PRETAB program segítségével konvertálja a precíz pályákat a Földhöz kötött koordinátarendszerből az égi vonatkoztatási koordinátarendszerbe. A precíz pálya fájlok sp1- illetve sp3- formátumú fájlok lehetnek. Továbbá ezzel a lépéssel hozzunk létre műhold óra fájlokat, melyre a kódmérés előfeldolgozó lépésnél (CODSPP) lesz szüksége a programnak, amennyiben nem broadcast pályákkal dolgozunk. Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit.
  • 38. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 44. oldal Parancs Hatás Indítsuk el az Orbits/EOP->Create tabuler orbits menüpontot. Megjelenik a PRETAB program első űrlapja. Az input fájloknál adjuk meg a precíz pálya fájlt (sp1 vagy sp3 formátumú) fájlt, majd a POLUPD által létrehozott pólusfájlt. A RESULT FILE résznél adható meg a kimeneti fájlok nevei. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A program a futás során a megadott pólus és precíz pálya fájlokból táblázatos pályákat számol (TAB), illetve kinyeri a műhold óra adatokat (CLK), ezeket az ORB könyvtárba menti. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Az általános fájlok űrlapon megadható a konstansok, a napon belüli pólusmodell, a nutációs modell, és a műholdhibákat leíró fájlok. Számunkra az alapértelmezett beállítások megfelelőek. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik az általános beállítások űrlap. Az űrlapon beállítható az égi vonatkoztatási koordinátarendszer referencia rendszere. Mindig a J2000-t használjuk. Alatta további pontossági szűréseket végezhetünk a precíz pálya adatokon. Ezek az alapértelmezett beállításokon hagyhatjuk. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára Megjelenik az órák beállítása űrlap. Amikor a program létrehozza a műhold óra fájlt egy adott időintervallumra és az egyes műholdakra, akkor polinomokat határozz meg a közbelső interpolációk számításához. Ennek a polinomnak a fokát, és egy polinom intervallumát adhatjuk meg a programnak. Hagyjuk az értékeket alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Run programjára. A kampánykönyvtár ORB mappájába elmentésre kerül a táblázatos pálya fájl és a műhold óra fájl. Sztenderd pályák meghatározása (ORBGEN) A sztenderd pályák meghatározása során a program numerikus integrálást végez, hogy kiegyenlítéssel simuló Kepler pályákat határozzon meg. Ezen kívül meghatározhatóak a program
  • 39. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 45. oldal segítségével az ún. sugárnyomás paraméterek (RPR fájl), amelyekre a műhold pályák meghatározásakor lehet szükség. A program több különböző bemenetet tud kezelni, ám mi csak a táblázatos pálya fájlokat használjuk. A paraméterezés menete a következő. Parancs Hatás Válasszuk ki az Orbits/EOP->Create standard orbits menüpontot. Megjelenik az ORBGEN program első űrlapja. Itt megadhatóak különféle bemenetek. Mi válasszuk a Start with tabular orbit opciót, és adjuk meg a korábban (PRETAB parancs segítségével) létrehozott fájl nevét, illetve a (POLUPD parancs segítségével létrehozott) pólus fájlt. Kattintsunk a Parancssor ^Next gombjára. A program a futása során az ORB könyvtárból a megadott fájlokat olvassa fel. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Itt a szokásos módon adhatjuk meg a GEN könyvtárban található fájlokat. Egyedüli újdonság, hogy meg kall adnunk a pontosabb számításokhoz a planetáris efemeridák fájlt is (DE200), ami letölthető az internetről (lsd. korábban). Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megadott planetáris efemeridák segítségével egy későbbi űrlapon a számításokba bevonhatóvá válik ezen eltérítő erők modellje. Megjelenik az Eredmények és kimenő fájlok űrlap. Itt adhatjuk meg az egyes kimenő fájlok nevét. Számunkra elég, hogyha csak a ’Standard orbits’ mezőt töltjük ki. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megadott fájl a program futása során az ORB könyvtárba kerül elmentésre. Megjelenik az Opciók űrlap.
  • 40. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 46. oldal Az Earth potential mezőnél adhatjuk meg, hogy a Föld nehézségi erőterét milyen pontossággal kívánjuk közelíteni. Az ’Apply antenna offset’ jelelő doboz bejelölésével, a program nem az alapértelmezés szerinti műhold tömegközéppontra számítja az értékeket. Ennek a lézeres távmérések feldolgozása esetén van haszna. Mi ezeket a beállításokat alapértelmezett értékeken hagyjuk. Az ORBIT MODEL IDENTIFIER legördülő menüből a B opciót válasszuk ki. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A B opció kiválasztásával a program futása közben a JGM3 potenciál modellt alkalmazza a földfelszín és az óceáni lemezek, valamint a DE200 modellt figyelembe véve. Megjelenik az Opciók második űrlapja. Számításokhoz adhatunk meg opciókat. Az értékeket hagyjuk alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a paraméter választó űrlap. Kiválaszthatjuk a dinamikus pálya paraméterek közül, melyek kerüljenek meghatározásra. Hagyjuk az értékeket alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a Pálya ellipszis definíciós űrlap. Itt megadható, hány ellipszis kerüljön meghatározásra a ’Number of arcs within time window’ mezőben. Hagyjuk meg az alapértelmezés szerinti 1 értéket. Lejjebb definiálhatunk egyéni mérési ablakot, ám Sessionben kívánunk dolgozni, így ezt a beállítást is alapértelmezett értékeken hagyhatjuk. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. A program a kampánykönyvtár ORB mappájába elmenti a sztenderd pálya fájlt (STD). Kódmérés feldolgozása (CODSPP) A program célja, hogy szinkronizáljuk a vevő órákat a GPS időhöz kódmérés segítségével, valamint előzetes koordináta megoldásokat határozzunk meg. Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit. Parancs Hatás Kattintsunk a Processing->Code-based clock synchronization menüpontra Megjelenik a CODSPP program első űrlapja.
  • 41. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 47. oldal Kiválasztható, hogy broadcast pályákból, vagy sztenderd pályákkal kívánunk-e dolgozni. Válasszuk ki a sztenderd pályákat, és a műhold órahibák fájlját. Ezeket mindenképpen meg kell adnunk. Lejjebb választhatjuk ki a feldolgozandó fájlokat, amelyeket korábban importáltunk be az RXOBV3 programmal. Továbbá meg kell adnunk a pólusfájlokat is. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Ennek hatására a program a megadott fájlokat fogja használni. A műhold fájlokat (STD, CLK) és a pólus fájlt (ERP) az ORB könyvtárban, az állomásmérési fájlokat OBS könyvtárban keresi. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Beállítása, és értékei megfelelnek a korábbiaknak. Számunkra megfelelnek az alapértelmezett beállítások. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A megadott általános fájlok használatával fut majd a program. Megjelenik a kimenő fájlok űrlap. A kódmérés feldolgozásakor több fajta adat képződhet kimenetként. Számunkra a koordináta megoldások a lényegesek. Így ezt adjuk csak meg, a többit változatlanul hagyjuk, így azok nem jönnek létre. Amennyiben megadjuk a ’Satellite clock results’ mezőt, valamint van bemeneti műhold óra fájlunk (CLK), valamint vannak GPS és GLONASS méréseink, a program képes meghatározni, illetve javítani a GLONNAS órák külpontosságát a GPST-hez képest. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A program a futása közben a megadott fájlnévbe menti a koordináta megoldásokat a kódmérés alapján. Megjelenik az opciók űrlap. A ’Frequency’ résznél megadható hogy az L1 vagy L2 vivőfrekvenciák, vagy az ionoszféramentes L3 modell alapján számoljon a program. Amennyiben nincs, vagy kevés az L2 adat, a program automatikusan átvált L1 opcióra. A ’Clock polynomial degree’ résznél az óra polinomjainak fokszáma adható meg9 . ’E’ opció esetén a program 0-fokú, azaz egyszerű külpontossági értéket határozz meg. A ’Save clock estimate’ segítségével megadható, hogy az óra megoldások mely fájlokba íródjanak ki. Számunkra a mindkettő (BOTH) megfelelő. ’Estimate coordinates’ résznél megadható, milyen mérési módszerrel álljanak elő az előzetes koordintáta értékek. Ha nagy hibák terhelték méréseinket, és vannak jobb a’priori értékeink, akkor érdemes NO-ra állítani ezt az opciót. Lejjebb megadható az alkalmazni kívánt troposzféra és ionoszféra A megadott paraméterek alapján számít a program megoldásokat. Megjelenik a bemenő opciók űrlap. 9 A műhold órák értékeit a program úgy határozza meg, hogy az adott intervallumra polinomot illeszt, ennek segítségével képes interpolálni az értékeket a két epocha között.
  • 42. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 48. oldal modellek. Az ionoszféra modellt nem kell használnunk, mivel L3 lineáris kombinációt használunk (lsd. feljebb). Troposzféra modellnek a SAASTAMOINEN modellt válasszuk ki. Többi modell leírását lsd. a Meteorológia és GPS c. fejezetben. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A ’Minimum elevation’ résznél állítható be, hogy mely magassági szögtől látható műholdak jelei kerüljenek be a feldolgozása. A ’Sampling’ résznél adható meg, hogy minden hányadik lépés kerüljön be a számításokba. A többi értéket hagyhatjuk alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a megjelenítési opciók űrlap. Ezen az űrlapon számunkra az ’Iterations’ rész fontos. A program a koordináta és vevő óra hibákat iterációval határozza meg. Ha nagyok az eltérések sokáig tarthat a számítás, vagy akár be sem fejeződhet. Ennek elkerülése végett állítsuk az értéket 10-re. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. Előállnak az STA könyvtárba a koordináta megoldások, továbbá frissülnek az ORB könyvtár óra fájljai (CLK). Ezenkívűl frissülnek még a megfelelő CZH fájlok az OBS könyvtárba. Bázisvonalak létrehozása (SNGDIF) A program feladata egyszeres differenciák (bázisvonalak, vagy állomás-differencia) képzése kód vagy fázismérésből előállított zérus differenciák alapján. Az azonos műholdra, illetve azonos epochára két különböző állomáson elvégzett mérések, teszik lehetővé ezt a számítási eljárást. A különbségképzés során a műholdóra hibája kiesik. Ez a feladat a feldolgozás egy részfeladata, mely előkészíti a gyakorlat számára is lényeges kettős differenciák képzésének módszerét. Továbbiakban tekintsük végig a program beállításának lépéseit. Parancs Hatás Válasszuk ki a Processing->Baseline file creation menüpontot. Megjelenik az SNGDIF program űrlapja.
  • 43. A meteorológiai célokat szolgáló közel valós idejű automatikus GPS feldolgozás megvalósítása 49. oldal A ’GENERAL OPTIONS’ résznél beállítható a mérés típusa, melyet állítsunk PHASE-re (fázis), mivel ez az eljárás lényegesen pontosabb10 . A számítási stratégia (Processing strategy) résznél választhatunk, hogy két állomás között, milyen elv szerint válasszon a program. A megfelelő kiválasztáshoz pontossági, hibaterjedési megfontolásokat kell tennünk (részletesen lásd. lejjebb). Továbbá az űrlap középső részén a zérus differencia fájlok adhatóak meg. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A beállított stratégia alapján a program a fázis mérések egyszeres differenciáit határozza meg a megadott zérus differenciájú fájlok alapján. Megjelenik az általános fájlok űrlap. Az űrlap beállításai a korábban már ismertetésre kerültek. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. Megjelenik a fájlnevek űrlap. Az egyéb bemeneti fájlok adhatóak meg. A ’Station coordinates’ résznél állíthatunk be a’priori koordináta fájlt, melyet a kódmérés feldolgozása során korábban már előállítottunk. A ’RESULT FILES résznél’ adjuk meg a kimeneti fájl nevét. Kattintsunk a Parancs sor ^Next gombjára. A program ennek hatására az STA könyvtár megfelelő előzetes koordináta fájlt felolvassa, továbbá az eredményeket ugyanebbe a könyvtárba menti. Megjelenik az opciók űrlap. A ’SIMULTANEUS OBSERVATIONS’ résznél beállítható milyen időben közeli méréseket vegyen a program szimultán mérésnek. Ez akkor fontos, hogyha különböző két különböző antenna típussal mérünk, és kis különbségek mutatkoznak a mérésben. A mi esetünkben ez nem fontos, mivel a korábbiakban már elértük, hogy pontosan minden 30 másodpercben legyenek méréseink A többi beállítást hagyjuk alapértelmezetten. Kattintsunk a Parancs sor ^Run gombjára. A futás után az STA könyvtárba létrejönnek az új koordináta megoldások, a már meglévő fájlban, valamint elmentésre kerülnek a bázisvonalak listája, melyek az egyes állomáspárokat rögzítik, ha később még fel kívánjuk használni. A differencia értékek a fázismérés PSH fájlokba íródnak, melyek az OBS könyvtárba találhatóak. Az egyszeres differenciák meghatározásához a következő stratégiák közül választhatunk, vagyis mely két állomások között történjen redundánsmentesen a számítás: • OBS-MAX: Olyan bázisvonalakat határoz meg, amelyek esetén a két állomás közötti egyidejű mérések száma maximális. Ez biztosítja azt, hogy a legtöbb mérés bevonható a számításba. Különböző intervallumú mérésekkor érdemes használni. • SHORTEST: A legközelebbi állomásokat köti össze, vagyis minimális súlyú feszítőfát hozz létre, ahol az egyes élek súlyai az állomások közötti távolság. Akkor lehet használni, ha azonosak a mérési intervallumok az állomásokon. • STAR: Csillag topológiát hozz létre, középpontban egy általunk kijelölt állomással. Akkor érdemes használni, ha egy állomásnak megbízható koordinátái vannak, amiket mint 10 A fázismérésen alapuló egyszeres differenciák meghatározását használják a gyakorlatban.