Inżynieria Ruchu Morskiego - Akademia Morska w Szczecinie

AKADEMIA MORSKA
W SZCZECINIE
Instytut Inżynierii Ruchu Morskiego
Zakład Urządzeń Nawigacyjnych
Ćwiczenie nr 11
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO
GP-80 systemu GPS z zewnętrznym odbiornikiem
FURUNO GR-80 systemu DGPS
Szczecin 2006
Ćwiczenie nr 11:
Temat:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Ocena dokładności wskazań odbiornika
FURUNO GP- 80 systemu GPS z zewnętrznym
odbiornikiem FURUNO GR- 80 systemu DGPS.
1. Cel ćwiczenia:
Celem
ćwiczenia
jest
doskonalenie
umiejętności
obsługi
odbiornika
nawigacyjnego systemu GPS GP - 80 wraz z dołączonym zewnętrznym odbiornikiem
poprawek różnicowych – GR - 80 firmy FURUNO ze szczególnym uwzględnieniem
funkcji GPS, DGPS i nawigacyjnych do określania pozycji oraz ocena dokładności
wskazań na podstawie analizy statystycznej oraz teorii błędu.
2. Zakres przygotowania teoretycznego:
Do zaliczenia ćwiczenia obowiązuje znajomość zasady działania systemu GPS
oraz DGPS. W szczególności obowiązuje: znajomość segmentów systemu GPS i
DGPS, zasady pomiaru pseudoodległości, procedury wyboru elipsoidy odniesienia,
źródeł błędów, stosowanych filtrów statystycznych, zasady pomiaru poprawek
różnicowych i ich transmisji, stosowanych formatów redukcji błędów, uzyskiwanych
dokładności.
Część wstępna sprawozdania winna zawierać
-
tabelę nagłówkową
-
cel ćwiczenia
-
opis układu pomiarowego
-
algorytm wykonywania ćwiczenia
-
tabele pomiarowe
-2-
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
3. Opis układu pomiarowego:
Ćwiczenie wykonywane jest w sali 408 przy stanowisku odbiornika
nawigacyjnego FURUNO GP-80 systemu GPS z dołączonym zewnętrznym
odbiornikiem poprawek różnicowych FURUNO GR-80 (rys. 3-1, 3-3). Anteny
odbiorników znajdują się na pomoście antenowym.
Rys. 3.1.
Stanowisko ćwiczeniowe odbiorników FURUNO GP-80 oraz FURUNO
GR-80.
Odbiornik GP-80 jest 8 kanałowym odbiornikiem systemu GPS pracującym na
częstotliwości L1 (1575,42 MHz) o okresie uaktualniania pozycji równym 1s.
Wbudowany 8 stanowy filtr Kalmana umożliwia osiągnięcie dokładności pomiaru
pozycji 50m przy poziomie ufności 95%, gdy HDOP≤4, oraz gdy aktywny jest
selektywny dostęp (SA). Pierwsze wyznaczenie pozycji po włączeniu, przy tzw.
zimnym starcie odbywa się po 2 minutach, a gdy odbiornik po wyznaczeniu pozycji
został wyłączony na krótki okres czasu przy tzw. ciepłym starcie po 20s. Przy niskim
poborze energii (max. 10W) odbiornik zapewnia:
− możliwość zapamiętania 200 punktów drogowych, 30 tras, 2000 znaków
nawigacyjnych,
− alarmy: podejścia do punktu drogowego, kotwiczny, zejścia z kursu XTE, prędkości
statku, temperatury wody, głębokości, przebytego dystansu,
− funkcję człowiek za burtą (MOB),
− możliwość podłączenia i sterowania wewnętrznym lub zewnętrznym odbiornikiem
poprawek różnicowych FURUNO,
− zmianę współrzędnych geograficznych pozycji z miary stopniowej na LOP (Loran-C
lub Decca),
− przeliczenie pozycji dla 171 elipsoid odniesienia,
− cztery porty wejścia/wyjścia do transmisji danych w formacie NMEA 0183.
Obsługa odbiornika GP-80 odbywa się przy pomocy
przedstawionego na rys. 3-2.
-3-
panelu kontrolnego
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Klawisze kursora:
zdecentrowanie obrazu i zmiana
położenia znacznika kursora
Otwarcie MENU, wyjście z
bieżącej operacji i funkcji
Wybór zorientowania obrazu;
zatwierdzenie zaznaczeń i opcji
Wybór ekranu (funkcji)
nawigacyjnego
Funkcja czlowiek za burtą,
zapamiętanie bieżącej pozycji
Rejestracja punktów drogowych i
tras
Określenie docelowego punktu
drogowego
Wykreślenie na ekranie znaku w
pozycji własnej lub kursora
Włączenie i wyłączenie rejestracji
trajektorii ruchu
Zmniejszenie zakresu
zobrazowania
Zwiększenie zakresu
zobrazowania
Wycentrowanie zobrazowania w
pozycji własnej lub kursora
Wyłączenie i włączenie znacznika
kursora
Ustawienie kontrastu i jasności,
zmiana systemu wspołrzędnych
pozycji, przełączanie opcji
Kasowanie punktów drogowych i
znaków, błędnie wprowadzonych
danych oraz wyłączenie alarmu
Wyłączenie i włączenie odbiornika
Rys. 3.2. Panel kontrolny odbiornika GP-80.
Odbiornik GR-80 odbiera wiadomości z poprawkami różnicowymi w formacie
RTCM SC104 transmitowane przez radiolatarnie w paśmie 283,5 do 325 kHz.
Odebrane poprawki poprzez port szeregowy przekazywane są do odbiornika GPS.
GR-80 może być kontrolowany z własnej klawiatury lub poprzez port wyjścia/wejścia
przez zewnętrzny odbiornik GPS FURUNO. Opcja MONITOR L/L pozwala na
repetycję pozycji DGPS na ekranie GR-80. W opcji AUTO L/L odbiornik pracuje w
pełni automatycznie dobierając radiolatarnie według listy w pamięci poprzez
znalezienie najbliższej z nich. Dokładność pozycji poprawionej przez GR-80 to ok.
10m. Pobór mocy podczas pracy nie przekracza 5W.
-4-
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Antena DGPS
Antena GPS
Odbiornik
GPS GP-80
Prostownik
Zasilanie
statkowe
12/24V DC
100/110/200/220V AC
Rys. 3.3. Schemat konfiguracji odbiornika sygnałów radiolatarni DGPS FURUNO
GR-80.
-5-
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
4. Wykonanie ćwiczenia:
Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy zapoznać się z opisem układu
pomiarowego i układem instrukcji firmowych „FURUNO Operator’s Manual GPS
Navigator GP-80” oraz „FURUNO Operator’s Manual DGPS Beacon Receiver
GR-80”.
Podzielić zadania w grupie na: - zapisy,
- obsługa odbiorników GPS i DGPS,
zmieniając się w trakcie ćwiczenia.
Włączyć odbiornik GP-80 wciskając i zwalniając przycisk POWER (odbiornik
GR-80 uruchamia się automatycznie po włączeniu go do zasilania) i odczekać do
wyświetlenia w prawym górnym rogu ekranu komunikatu „GPS 2D”, GPS 3D”, „DGPS
2D”, „DGPS 3D”, „NO FIX” lub „DOP”.
W razie potrzeby ustawić kontrast i jasność ekranu wciskając przycisk TONE i poziome
strzałki kursora dla kontrastu oraz pionowe strzałki kursora dla jasności.
1.
Rejestracja współrzędnych geograficznych pozycji anteny odbiornika dla stacji
referencyjnej Dziwnów. Limit czasu na wykonanie zadania – 20 min.
1.1.
Wcisnąć przycisk MENU i wybrać opcję 9 (SYSTEM SETTINGS) i
wybrać 7 (DGPS SETUP). Wprowadzić częstotliwość oraz szybkość
przesyłania danych (Baud Rate) stacji referencyjnej Dziwnów (korzystając z
Radiosignals v. 2 bądź też z instrukcji firmowej) i potwierdzić ENTER i
ESC.
1.2.
Ustawić opcję 2D, w tym celu wcisnąć MENU i wybrać 9 (SYSTEM
SETTINGS), następnie 6 (GPS SETUP) i zmienić na 2D potwierdzając
ENTER i ESC.
1.3.
Przez 15 minut notować wskazania odbiornika (co 30 sekund), a wyniki
obserwacji zamieść w tabeli 1 (załącznik), w której należy zamieścić:
- szerokość geograficzną
- długość geograficzną
- DOP
- segment kosmiczny
Do przeglądania tych danych stosujemy klawisze MENU i 7 (GPS MONITOR) oraz ESC
-6-
Ćwiczenie nr 11:
2.
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Rejestracja współrzędnych geograficznych pozycji anteny odbiornika dla stacji
referencyjnej Hammerodde. Limit czasu na wykonanie zadania – 20 min.
2.1.
Wcisnąć przycisk MENU i wybrać opcję 9 (SYSTEM SETTINGS) i
potwierdzić ENTER dalej wybrać 7 (DGPS SETUP). Wprowadzić
częstotliwość oraz szybkość przesyłania danych (Baud Rate) stacji
referencyjnej Hammerodde (korzystając z Radiosignals 2 bądź też z
instrukcji firmowej) i potwierdzić ENTER i ESC.
2.2.
Zwróć uwagę co się dzieje z odbiornikiem poprawek różnicowych
2.3.
Ustawić opcję 2D / 3D, w tym celu wcisnąć MENU i wybrać 9 (SYSTEM
SETTINGS), następnie 6 (GPS SETUP) i zmienić na 2D / 3D.
2.4.
Przez 15 minut notować wskazania odbiornika (co 30 sekund), a wyniki
obserwacji zamieść w tabeli 2 (załącznik), w której należy zamieścić:
- szerokość geograficzną
- długość geograficzną
- wysokość
- DOP
- segment kosmiczny
Do przeglądania tych danych stosujemy klawisze MENU i 7 (GPS MONITOR) oraz ESC
3.
Rejestracja współrzędnych geograficznych pozycji anteny odbiornika dla stacji
referencyjnej Dziwnów. Limit czasu na wykonanie zadania – 20 min.
3.1.
Wcisnąć przycisk MENU i wybrać opcję 9 (SYSTEM SETTINGS) i
potwierdzić ENTER dalej wybrać 7 (DGPS SETUP). Wprowadzić
częstotliwość oraz szybkość przesyłania danych (Baud Rate) stacji
referencyjnej Dziwnów (korzystając z Radiosignals 2 bądź też z instrukcji
firmowej) i potwierdzić ENTER i ESC.
3.2.
Zwróć uwagę co się dzieje z odbiornikiem poprawek różnicowych
3.3.
Ustawić opcję 2D / 3D, w tym celu wcisnąć MENU i wybrać 9 (SYSTEM
SETTINGS), następnie 6 (GPS SETUP) i zmienić na 2D / 3D.
3.4.
Przez 15 minut notować wskazania odbiornika (co 30 sekund), a wyniki
obserwacji zamieść w tabeli 3 (załącznik), w której należy zamieścić:
-7-
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
- szerokość geograficzną
- długość geograficzną
- wysokość
- DOP
- segment kosmiczny
Do przeglądania tych danych stosujemy klawisze MENU i 7 (GPS MONITOR) oraz ESC
4.
Obliczanie odległości pomiędzy punktami drogi (WP – Waypoint)
4.1. Sporządź poniższą tabelę
Nazwa
Szerokość Długość
Prędkość
Droga
Kurs
Czas
Wybierz z ALRS cztery Radiolatarnie (np.: dwie z Hiszpanii i dwie ze wschodniego
wybrzeża USA) i wynotuj ich nazwy i współrzędne geograficzne w powyższej tabeli.
4.2.
Wciśnij MENU i 5 (MANUAL CALCULATION).
4.3.
Wprowadzając
do
odbiornika
współrzędne
geograficzne
kolejnych
radiolatarni oblicz odległość, kurs i czas jak będzie potrzebny na przebycie
drogi pomiędzy kolejnymi WP.
Przy obliczeniach pomocne Ci będą:
Ustaw TRIAL SPEED na MAN i przyjmij prędkość w granicach: 8 – 20 w.
Przyciskiem TONE zmieniamy N i W na S i E.
4.4.
Otrzymane wyniki zamieść w powyższej tabeli
-8-
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
5. Opracowanie wyników badań
Do każdego poniższego podpunktu (1 – 4) należy zamieścić wnioski szczegółowe w
aspekcie dokonywanych obliczeń i pomiarów. Na końcu sprawozdania zamieścić
wnioski końcowe w aspekcie wykonywanego ćwiczenia. Są to warunki konieczne
do pozytywnego zaliczenia sprawozdania.
1) Obliczyć wartości średnie i odchylenia standardowe ϕ, λ, h.
2) Obliczyć koła błędów dla pozycji uzyskanych z czterech serii pomiarowych.
3) Przedstawić na wykresach przebieg zmian ϕ, λ, h w funkcji czasu w zależności od
wykorzystanej stacji referencyjnej i rodzaju nawigacji (2D lub 3D).
4) Obliczyć odległości pomiędzy pozycjami średnimi uzyskanymi z pomiarów, a
pozycją geodezyjną laboratorium określoną na elipsoidzie WGS 84:
ϕ = 53° 25′ 44,71″ N λ = 014° 33′ 49,02″ E
5) Porównać pozycje 2D i 3D dla Dziwnowa
6) Sprawozdanie zakończyć wnioskami z przeprowadzonych badań.
UWAGA: W sprawozdaniu należy zamieścić oryginał tabel pomiarowych.
-9-
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Tabela pomiarowa 1
Stacja różnicowa: . . . . . . . . . . . . . . . .
Data: . . . . . . . . . . . . . .
L.p.
Szerokość (ϕ)
Godz.: . . . . . . . . . . .
Długość (λ)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Osoby wykonujące ćwiczenie:
Podpis prowadzącego:
- 10 -
DOP
Zmiany śledzonego
segmentu kosmicznego
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Tabela pomiarowa 2
Stacja różnicowa: . . . . . . . . . . . . . . . .
Data: . . . . . . . . . . . . . .
L.p.
Szerokość (ϕ)
Godz.: . . . . . . . . . . .
Długość (λ)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Osoby wykonujące ćwiczenie:
Podpis prowadzącego:
- 11 -
Wysokość
(h)
DOP
Zmiany śledzonego
segmentu kosmicznego
Ćwiczenie nr 11:
Ocena dokładności wskazań odbiornika FURUNO GP80 systemu GPS z
zewnętrznym odbiornikiem FURUNO GR80 systemu DGPS
Tabela pomiarowa 3
Stacja różnicowa: . . . . . . . . . . . . . . . .
Data: . . . . . . . . . . . . . .
L.p.
Szerokość (ϕ)
Godz.: . . . . . . . . . . .
Długość (λ)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Osoby wykonujące ćwiczenie:
Podpis prowadzącego:
- 12 -
Wysokość
(h)
DOP
Zmiany śledzonego
segmentu kosmicznego