Dekódovanie GPS

Základom správneho dekódovania polohy je znalosť orbitálnych dráh satelitov GPS. Program SondeMonitor ponúka možnosť použitia troch súborov. Almanac, Rinex a Ephemeris. Rozdiel súborov je hlavne v presnosti dekódovania súradníc.

SM001
Výber možností v programe.

Almanac – presnosť je najhoršia. Vyznačuje sa konštantnou chybou ktorá rastie s časom. Táto vlastnosť ho ale neposúva na podradnú pozíciu lebo súbor je použiteľný aj po dlhšej dobe. Presnosť dráh sa udáva na 7 desatinných miest. Pri aktuálnom súbore však nieje možné dosiahnuť lepšiu presnosť ako 50m. V prípade núdze je však súbor použiteľný až 3 dni kedy je presnosť stále postačujúca.

SM_alm

Lepšiu presnosť dekódovania polohy zabezpečuje Rinex. Presnosť dráh satelitov je určená cca na 260 desatinných miest. Nevýhodou je že k určeniu presnej polohy je potrebné mať súbor nie starší ako 1 hodinu. Tak je možné dosiahnuť presnosť 25 až 40 metrov. Pri súbore starom 90min je už presnosť cca 150 metrov a pri 120min je horšia ako 250m.

 
SM_rinex
Najpresnejšia metóda dekódovania polohy GPS je Ephemeris. Má vlastnosti ako Rinex ale pri aktuálnom súbore je presnosť cca 10m po dobu 15minút. Pri súbore starom 30min je presnosť okolo 40m a pri súbore starom 60min je presnosť iba 160m.

SM_eph

Tieto vlastnosti súborov predurčujú ich použitie na dve skupiny. Prvá je ak máme prístup na internet a vieme dostatočne často obnovovať súbor môžeme použiť Rinex alebo Ephemeris. Ak sme v teréne kde nemáme možnosť obnovenia tak je jednoznačná voľba Almanac kde aj pri 4 hodiny starom súbore máme presnosť cca 200m.

V prvom kroku si popíšeme prácu zo súborom Almanac. Je dostatočne presný a hlavne ho v teréne nemusíme obnovovať. Presnosť 200m je úplne postačujúca pre sledovanie a prípadné dohľadanie sondy. Ako už bolo napísané tak je najdôležitejšie mať čo najaktuálnejší súbor. Je vhodné napríklad pred samotným dekódovaním tento súbor stiahnuť. V súčasnosti nieje známe ako často sa súbor na stránke aktualizuje ale momentálne je to najaktuálnejšia dostupná verzia.

Nastavenie programu SondeMonitor umožňuje vybrať dva spôsoby dekódovania súradníc. Prvé je okamžité dekódovanie (GPS arm) a druhá je dekódovanie už nahraných dát (GPS post-process). 

Okamžité dekódovanie súradníc (GPS arm) využije ak práve prijímame signál zo sondy. Pre správnu funkciu je potrebné previesť niekoľko nastavení.Teraz si popíšeme iba nastavenia potrebné pre správne dekódovanie. Ostatné nastavenia budú popísané v kapitole popisu programu SondeMonitor.

Ako prvé je potrebné stiahnuť a uložiť aktuálny súbor almanac. Tento súbor sa dá stiahnuť cez menu tejto stránky v sekcii DOWNLOAD – ALAMANAC ACT. Následne sa stiahne súbor current.al3. Tento súbor si uložíme niekam na pevný disk.

SM002

Ďalší krok je nastavenie správnych údajov potrebných pre dekódovanie GPS polohy. Prvý potrebný údaj je aktuálny dátum. Dátum sa zadáva vo formáte YYYYMMDD. Takže napríklad 16. marca 2011 bude zadané následovne 20110316.

Ďalej je potrebné zadať čas vypustenia sondy. Čas sa zadáva ako celá hodina a ak bol čas vypustenia napríklad o 12:00 tak zadáme 12. Ak napríklad 12:15 tak tiež zadáme iba celú hodinu 12.

Následne si vyberieme formát súboru pre dekódovanie a to je v našom prípade Almanac.

Potom si zvolíme či sa bude jednať o 2D alebo 3D spracovanie údajov a v našom prípade zadáme 2D. 

Pomocou tlačidla OK potvrdíme a program nás vyzve na zvolenie aktuálneho súboru almanac. Nájdeme ho na pevnom disku a potvrdíme ho. Teraz je funkcia dekódovania súradníc GPS pripravená a ak je prijatá informácia o polohe tak sa výsledná poloha sondy zobrazí na mape a v okne Processing sonde.

SM003

Jednou zaujímavou vlastnosťou pri dekódovaní dát je zobrazená výška. Pri dekódovaní dát sa výška zobrazuje ako dve položky a každá je vyrátaná inak. Prvá výška je uvedená ako „pressure alt“ a získava sa z aktuálne nameraného tlaku a kalibračného tlaku. 

2D3D_01

Aktuálny tlak je meraný pomocou polovodičového tlakomeru umiestneného v sonde. Kalibračný tlak sa zadáva skutočný tlak na hladine mora pri kalibrácii sondy pred jej vypustením. Ako základný tlak na hladine mora sa používa hodnota 1013,2hPa. Túto hodnotu používa aj program Sonde Monitor ako východziu pri nastavení GPS arm alebo GPS post process. Reálna hodnota môže byť však počas vypustenia sondy iná a pre to sa vykonáva kalibrácia tlaku. V skratke tento údaj určuje skutočnú výšku sondy nad morom a získava sa ako rozdiel zmeraného tlaku a konštanty zadanej pri vypustení ktorá určuje tlak na hladine mora pri jej vypustení. 

Druhá výška je tiež zaujímavá a zobrazuje sa v položke „GPS altitude“. Názov obsahujúci skratku GPS môže zavádzať a to si popíšeme teraz. Spôsob výpočtu tejto výšky sa mení podľa zvoleného režimu dekódovania GPS dát. Máme možnosť zvoliť niektorý z dvoch režimov. 2D alebo 3D. Pri 2D dekódovaní sa výška počíta z aktuálne zmeraného tlaku a tlaku uvedeného v položke „launch site area ONH“ a udáva sa v hPa. Program tu štandartne ponúka možnosť 1013,hPa čo je vlastne dohodnutá hodnota normálneho tlaku na hladine mora. Ak tam necháme túto hodnotu tak sa výška bude rátať k tomuto dohodnutému štandardu. Reálne však môže byť v danom momente hodnota tlaku iná čo vnesie do dekódovania súradníc nepresnosť. Tu sa nám otvára možnosť využiť vloženie tejto kalibračnej hodnoty tlaku pre náš prospech. Ak vieme aký je tlak v danej oblasti dopadu pri zemskom povrchu tak si vieme zobrazovanú výšku nechať prepočítať na túto výškovú hladinu a potom je zobrazený údaj uvedený nie ako výška nad morom ale ako výška nad daným terénom. To je výborná pomôcka. Nehovoriac o tom že počas letu sa môžu podmienky tlaku zmeniť a už ani originálna kalibračná hodnota tlaku priamo v sonde nieje správna. Takže ak viem že v mojej lokalite vo výške 360mnm je aktuálny tlak 1003hPa a zadám to do programu tak sa GPS výška preratáva vzhľadom ku mojej skutočnej polohe.

2D3D_02

Druhou možnosťou je 3D dekódovanie GPS dát. Ako už pojem 3D predurčuje, tak sa výška vyratáva z GPS súradníc a zase je uvedená vzhľadom ku morskej hladine. Ako si niekto všimne občas je pomerne veľký rozdiel oboch údajov výšky. Teraz ktorá výška je správna? GPS má svoju presnosť ktorá záleží hlavne na aktuálnosti súboru orbitálnych dráh satelitov. Výška tlaku založená sa originálnej kalibrácii zase spolieha na skutočnosť že podmienky v danej lokalite sa rapídne nezmenia. Výška vyrátaná z údaju ktoré si zadal sám užívateľ je obmedzená na schopnosti presne zmerať tlak v danom mieste. Nech si každý skúsi ktorá metóda je pre jeho požiadavky najlepšia. 

Na záver prikladám obrázok 4 možností dekódovania tej istej sondy v tom istom okamžiku. 

2D3D

Na obrázku č. 1 je nastavený tlak 1000hPa a výška sa preratáva vzhľadom k tejto hladine. 
Na obrázku č. 2 je znázornené keď sa do tlaku zadá tá istá hodnota ako je originál kalibračná hodnota tlaku v sonde. Obe výšky sú zhodné. 
Na obrázku č. 3 je nastavený tlak 950hPa a výška sa preratáva vzhľadom k tejto hladine. 
Na obrázku č. 4 je nastavené 3D dekódovanie súradníc a výška sa berie priamo z GPS údajov. Nastavená hodnota tlaku sa vôbec neberie v úvahu a je tam možné nastaviť akúkoľvek hodnotu.