AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE

Transkrypt

1 AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE Instytut Inżynierii Ruchu Morskiego Zakład Urządzeń Nawigacyjnych Ćwiczenie nr 7 Ocena dokładności wskazań odbiornika MLR FX 412 Pro systemu DGPS Szczecin 2006

2 Temat: Ocena dokładności wskazań odbiornika MLR FX 412 Pro systemu DGPS. 1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest doskonalenie umiejętności obsługi odbiornika MLR FX 412 Pro systemu nawigacyjnego DGPS 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 poprawek, uzyskiwanych dokładności. Część wstępna sprawozdania winna zawierać - tabelę nagłówkową - cel ćwiczenia - opis układu pomiarowego - algorytm wykonywania ćwiczenia - tabele pomiarowe - 2 -

3 3. Opis układu pomiarowego: Ćwiczenie wykonywane jest w sali 405 przy stanowisku odbiornika nawigacyjnego MLR FX 412 Pro DGPS oraz komputera PC z procesorem Intel 486DX2 i systemem operacyjnym Microsoft Windows 95. Antena GPS/DGPS znajduje się na pomoście antenowym. FX 412 jest 12 kanałowym odbiornikiem systemu GPS pracującym na częstotliwości L1 (1575,42 MHz) z wbudowanym wewnętrznie odbiornikiem poprawek różnicowych. Wersja FX 412 Pro posiada bogatsze w stosunku do FX 412 oprogramowanie przeliczeń współrzędnych pozycji oraz współpracy z oprogramowaniem MLR na komputerze PC w systemie Windows 95/98/2000. Rys Odbiornik systemu DGPS typu FX 412 firmy MLR wraz z anteną GPS/DGPS. Odbiornik poprawek różnicowych pracuje w standardzie RTCM SC 104 v2.1 z demodulacją MSK w paśmie częstotliwości 281,5-325 khz (odstęp co 500 Hz). Stacje referencyjne wybierane są ręcznie przy możliwych szybkościach transmisji 100 i 200 Bps. Osiągane dokładności pomiaru to przy poziomie ufności 68,3% (średni błąd kwadratowy - RMS): 25m dla pozycji dwuwymiarowej (2D) oraz 1 km/h pomiaru prędkości w trybie GPS, gdy aktywny jest selektywny dostęp (SA), 2 do 5m oraz 0,1 km/h w trybie różnicowym RTCM 104. Uaktualnianie pozycji w odbiorniku odbywa się co 1s, pierwsze wyznaczenie pozycji po włączeniu przy tzw. zimnym starcie (odbiornik wyłączony dłużej niż 24h) - po 3 minutach, gdy odbiornik był wyłączony 3-24h - po 90 sekundach, gdy odbiornik był wyłączony przez okres krótszy niż 3h - po 30 sekundach. Podświetlony ciekłokrystaliczny ekran oraz 19 klawiszy i blok kursora umożliwiają wygodną pracę w każdych warunkach oświetlenia przy niewielkim zużyciu energii (max. 3 W). Odbiornik wyposażony jest w jeden szeregowy port wejścia/wyjścia, przez który dodatkowo doprowadzane jest zasilanie elektryczne (10-36V DC)

4 Dostępne formaty transmisji danych z odbiornika to: ) na wyjściu: w standardzie RS422 lub RS232 format NMEA180, NMEA182, NMEA183, MLR, WPTS & RTES, CHART OUTLINE, TRACK; ) na wejściu: w standardzie RS232 format NMEA183 oraz RTCM104. Główne funkcje odbiornika FX 412 umożliwiają: 0) bezpośredni dostęp (dla funkcji POS, NAV, GOTO, PLOT, MARK/MOB i MENU), 0) wyświetlenie współrzędnych szerokości i długości z dokładnością 1/10000 minuty kątowej (18cm), 0) wyświetlenie wysokości nad elipsoidą, dokładności pomiaru pozycji przy poziomie ufności 50% (ECP - Error Circular Probability lub błąd kołowy), bieżącej daty oraz czasu dla wybranej strefy, 0) wyświetlenie prędkości i kursu nad dnem oraz wybór parametru czasu filtracji, 0) przeliczenie 17 typów współrzędnych w tym współrzędnych systemów hiperbolicznych np. LoranC (możliwość wyświetlenia pozycji we współrzędnych hiperbolicznych jest cechą specyficzną dla odbiornika typu Pro kosztem rezygnacji z opcji wyboru drugiego języka), 0) wybór 115 możliwych elipsoid odniesienia, 0) ustawienie dwóch niezależnych logów, 0) wprowadzenie 500 punktów drogowych o 6 literowej nazwie, 22 literowym komentarzu i przyporządkowanej ikonie, 0) pogrupowanie punktów drogowych w 20 trasach po 20 punktów z wyliczeniem całkowitej długości trasy po loksodromie i szczegółowych informacji o kolejnych jej odcinkach, 0) wyświetlenie TTG, ETA, XTE, VTD oraz odległości loksodromicznej do końca trasy, 0) trzy graficzne reprezentacje funkcji GOTO: kompas, trasa trójwymiarowa, radar, 0) ustawienie alarmów: punktu drogowego (ang. arrival), kotwicznego (ang. anchor), oraz zejścia z kursu (ang. XTE), 0) graficzną prezentację informacji o konstelacji satelitarnej oraz sile sygnałów satelitarnych, 0) wyświetlenie siły sygnału i szumu stacji referencyjnej oraz numerów satelitów, do których przesyłane są poprawki różnicowe, 0) tryb symulacyjny. Program firmy MLR pt. PMS Waypoints & Routes ułatwia tworzenie tras i punktów drogowych oraz zobrazowuje ich położenie i bieżącą pozycję odbiornika na cyfrowej mapie świata (mapa poglądowa, nie przeznaczona do nawigacji). Tworzone punkty drogowe mogą być również traktowane jako linia nawigacyjna np. brzegowa i w tej formie przesyłane do FX412. W celu prawidłowego przesłania danych z komputera PC do odbiornika w opcji DATA INPUT/OUTPUT, SERIAL INPUT należy wybrać format NMEA183. Istnieje również możliwość odwrotna przesłania danych z odbiornika FX412 do komputera. W tym celu w opcji SERIAL OUTPUT należy wybrać: NMEA , gdy chcemy mieć wyświetloną pozycję (czerwony okrąg na mapie); WPTS+RTES, gdy przesyłamy dane tras i punktów drogowych; CHART OUTLINE, gdy przesyłamy dane linii nawigacyjnych; TRACK, gdy przesyłamy dane zarejestrowanej w funkcji PLOT trajektorii. Program PMS Waypoints & Routes dostosowany jest do pracy w rozdzielczości pikseli przy min. 256 kolorach

5 4. Wykonanie ćwiczenia: Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy się zapoznać z opisem układu pomiarowego i układem instrukcji firmowej MLR FX 412 User Manual. Należy zwrócić uwagę, że wciśnięcie klawisza ENTER w odbiorniku zatwierdza wszystkie wprowadzone dane, w celu wyjścia z opcji bez zapamiętywania zmian należy wcisnąć POS, NAV, GOTO, PLOT lub MENU. Podzielić zadania w grupie na: - zapisy, - obsługa FX 412 i obsługa programu PMS Waypoints & Routes 5.1 na komputerze PC, zmieniając się w trakcie ćwiczenia. 1. Rejestracja współrzędnych pozycji anteny odbiornika dla stacji referencyjnej Dziwnów. Limit czasu na wykonanie zadania 20 min Włączyć komputer PC (w przypadku, gdy był wyłączony) oraz odbiornik FX 412 przyciskiem PWR (power on/off), przeczekać wykonanie autotestu odbiornika, aż do wyświetlenia komunikatu WARNING: i wcisnąć przycisk POS W razie potrzeby ustawić kontrast i podświetlenie odbiornika stosownie do warunków oświetlenia. W tym celu przycisnąć krótko PWR, strzałkami pionowymi bloku kursora wybrać kontrast lub jasność tła (backlight) i ustawić żądany poziom strzałkami poziomymi. Wcisnąć ENTER w celu zatwierdzenia ustawień i powrotu do poprzedniego ekranu Ustawić prędkość filtru na wartość minimalną. W tym celu wcisnąć MENU i wybrać 1 (NAVIGAT. MENU). W oknie NAVIGATION MENU wybrać 4 (SPEED FILTER). Ustawić najmniejszą wartość i potwierdzić ENTER. Na końcu wcisnąć POS Ustawić w odbiorniku stację referencyjną Dziwnów. W tym celu wcisnąć MENU i w MAIN MENU wybrać 7 (DGPS MENU), następnie 0 (DGPS). W oknie DGPS wcisnąć ENTER i wprowadzić częstotliwość oraz pozostałe niezbędne informacje korzystając z Radiosignals v 2 bądź też z instrukcji firmowej do odbiornika. Następnie potwierdzić ENTER i wcisnąć POS

6 6.0. Ustawić w odbiorniku opcję 2D wciskając kolejno MENU i wybierając w MAIN MENU 1 (NAWIGAT. MENU). Następnie w NAWIGATION MENU wybrać 3 (2D / 3D MODE), kolejnym krokiem jest ustawienie kursora na 2 DIMENSIONS i potwierdzenie ENTER. Następnie należy wprowadzić wysokość 48 m potwierdzając ENTER i wciskając POS Ustaw w odbiorniku wyświetlanie dokładność pozycji, w tym celu wciśnij MENU i wybierz 0 (SYSTEM MENU), następnie 5 (DISPLAY) i zmień opcję wysokość na dokładność, potwierdź ENTER i POS Sprawdź czy w górnym lewym rogu pokazała się literka D 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 - dokładność pozycji (Acc) - DOP - segment kosmiczny Do przeglądania tych danych stosujemy klawisze MENU i 6 (SATELLITES) oraz POS 10. Rejestracja współrzędnych pozycji anteny odbiornika dla stacji referencyjnej Hammerodde (w przypadku gdy odbiór poprawek za stacji Hammerodde nie jest możliwy należy ustawić inną dowolną stację). Limit czasu na wykonanie zadania 17 min Ustawić prędkość filtru na wartość minimalną. W tym celu wcisnąć MENU i wybrać 1 (NAVIGAT. MENU). W oknie NAVIGATION MENU wybrać 4 (SPEED FILTER). Ustawić najmniejszą wartość i potwierdzić ENTER. Na końcu wcisnąć POS Ustawić w odbiorniku stację referencyjną Hammerodde. W tym celu wcisnąć MENU i w MAIN MENU wybrać 7 (DGPS MENU), następnie 0 (DGPS). W oknie DGPS wcisnąć ENTER i wprowadzić częstotliwość oraz pozostałe niezbędne informacje korzystając z Radiosignals v. 8 lub 2 bądź też z instrukcji firmowej do odbiornika. Następnie potwierdzić ENTER i wcisnąć POS

7 13.0. Ustawić w odbiorniku opcję 3D wciskając kolejno MENU i wybierając w MAIN MENU 1 (NAWIGAT. MENU). Następnie w NAWIGATION MENU wybrać 3 (2D / 3D MODE), kolejnym krokiem jest ustawienie kursora na 3 DIMENSIONS, potwierdź ENTER i wciśnij POS Ustaw w odbiorniku wyświetlanie wysokości pozycji, w tym celu wciśnij MENU i wybierz 0 (SYSTEM MENU), następnie 5 (DISPLAY) i zmień opcję dokładność na wysokość, potwierdź ENTER i POS Sprawdź czy w górnym lewym rogu pokazała się literka D, która oznacza że pozycja określana jest przy pomocy stacji referencyjnej Przez 15 minut notować wskazania odbiornika (co 30 sekund), a wyniki obserwacji zamieść w tabeli 3 (załącznik), w której należy zamieścić: - szerokość geograficzną - długość geograficzną - wysokość - DOP - segment kosmiczny Do przeglądania tych danych stosujemy klawisze MENU i 6 (SATELLITES) oraz POS 17. Rejestracja współrzędnych pozycji anteny odbiornika dla stacji referencyjnej Wustrow, Hoburg lub innej. Limit czasu na wykonanie zadania 16 min Ustawić prędkość filtru na wartość 8 sek. W tym celu wcisnąć MENU i wybrać 1 (NAVIGAT. MENU). W oknie NAVIGATION MENU wybrać 4 (SPEED FILTER). Ustawić najmniejszą wartość i potwierdzić ENTER. Na końcu wcisnąć POS Ustawić w odbiorniku stację referencyjną Wustrow lub Hoburg. W tym celu wcisnąć MENU i w MAIN MENU wybrać 7 (DGPS MENU), następnie 0 (DGPS). W oknie DGPS wcisnąć ENTER i wprowadzić częstotliwość oraz pozostałe niezbędne informacje korzystając z Radiosignals v. 8 lub 2 bądź też z instrukcji firmowej do odbiornika. Następnie potwierdzić ENTER i wcisnąć POS Ustawić w odbiorniku opcję AUTO 2D/3D wciskając kolejno MENU i wybierając w MAIN MENU 1 (NAWIGAT. MENU). Następnie w - 7 -

8 NAWIGATION MENU wybrać 3 (2D / 3D MODE), kolejnym krokiem jest ustawienie kursora na 2D/3D, potwierdź ENTER i wciśnij POS Ustaw w odbiorniku wyświetlanie wysokości pozycji, w tym celu wciśnij MENU i wybierz 0 (SYSTEM MENU), następnie 5 (DISPLAY) i zmień opcję dokładność na wysokość, potwierdź ENTER i POS Sprawdź czy w górnym lewym rogu pokazała się literka D, która oznacza że pozycja określana jest przy pomocy stacji referencyjnej Przez 15 minut notować wskazania odbiornika (co 30 sekund), a wyniki obserwacji zamieść w tabeli 4 (załącznik), w której należy zamieścić: - szerokość geograficzną - długość geograficzną - wysokość - DOP - segment kosmiczny Do przeglądania tych danych stosujemy klawisze MENU i 6 (SATELLITES) oraz POS 1. Odczytaj linie pozycyjne siatki hiperbolicznej Loranu C. W tym celu wciśnij POS tak aby na ekranie były widoczne linie pozycyjne siatki hiperbolicznej, następnie wciśnij MENU i wybierz 4 (HYPERBOLIC), dalej 0 (NETWORK SELECTION) i 2 (LORAN). Wprowadź właściwy numer dla łańcucha SYLT i potwierdź ENTER. Wciśnij POS i odczytaj linie pozycyjne siatki hiperbolicznej. 2. Wyliczenie drogi pomiędzy WP wykorzystując program PMS Waypoints & Routes 5.1. Limit czasu na wykonanie zadania 10 min Uruchomić program PMS Waypoints Routes klikając myszą jego ikonę na ekranie monitora PC. Po wyświetleniu komunikatu o prawach autorskich kliknąć myszą przycisk OK lub wcisnąć na klawiaturze ENTER W głównym oknie programu z menu File wybrać New lub kliknąć ikonkę Create a new file Zaznaczyć klikając myszą zdjęcie odbiornika FX 412 (drugi od lewej w górnym wierszu) Wprowadzić do komputera w odpowiednie okienka dialogowe dane 3 podanych punktów drogowych zapisując je równocześnie w poniższej tabeli. Dopiero po wypełnieniu wszystkich okienek dialogowych (name, latitiude, - 8 -

9 longitude, comment) danego punktu drogowego zatwierdzamy wpisany punkt drogowy wciskając na klawiaturze komputera ENTER: a) ϕ = 49º 50 N λ = 004º 40 W b) ϕ = 46º 47 N λ = 053º 10 W c) ϕ = 27º 10 N λ = 075º 30 W Tabela. 1. Lista punktów drogowych (Waypoints Table) z przykładem wypełnienia. NAME ICON LATITUDE N/S LONGITUDE E/W COMMENT LIGHT1 47º N 001º W LIGHT OF MARINA 5.0. Kliknąć myszą przycisk Route (z narysowaną trasą), a następnie przycisk Adjust waypointlist. Przyciskiem Add waypoint dodać do trasy wprowadzone punkty drogowe wybierając kolejne punkty myszą zgodnie z kolejnością podaną w p Przyciskiem OK zatwierdzić zaplanowaną trasę po dodaniu wszystkich punktów. W polu Name wpisać Atlantyk i kliknąć przycisk To GPS. Jeżeli procedura Autodect nie wykryje właściwego typu odbiornika wcisnąć OK i dodatkowo przycisk To GPS FX312/412 w celu przesłania trasy do odbiornika. Przez Exit wrócić do poprzedniego okna (planowania trasy) i następnie klikając przycisk wyjścia lub do głównego okna programu (wprowadzania punktów drogowych) Zapamiętać wprowadzone punkty drogowe i trasę wybierając z menu File opcję Save. Plik zapisać w katalogu C:\MLR\PMS, WAYPOINTS & ROUTES 5.1\ pod nazwą w formacie: Nazwisko Nazwisko data.wpt podając nazwiska wykonujących ćwiczenie i bieżącą datę (data: dzień, miesiąc, rok liczbowo) Kliknąć myszą przycisk 3D Waypoints (z narysowaną siatką geograficzną ), aby obejrzeć na mapie świata zaplanowaną trasę. Kliknąć przycisk ze strzałkami w celu wycentrowania obrazu i doboru skali do zaplanowanej trasy. Skalę można modyfikować klikając myszą przyciski + i lub wybierając z okienka listy. Zanotować sposób oznaczenia punktów drogowych i pozycji własnej

10 8.0. W odbiorniku FX 412 z poziomu MAIN MENU wcisnąć 3 (ROUTE MENU), a następnie 7 (ROUTE DETAILS). Wybrać z wyświetlonej listy nr z nazwą w formacie od do zaplanowanej trasy i potwierdzić ENTER. Przerysować wyświetloną tabelę z objaśnieniem kolumn z poszczególnymi danymi (str. 26 instrukcji firmowej). 3. Zakończenie ćwiczenia Zamknąć program PMS Waypoints & Routes na komputerze PC klikając przycisk w prawym górnym rogu wszystkich otwartych okienek. Nie zamykać systemu operacyjnego Windows i nie wyłączać komputera W odbiorniku FX 412 uaktywnić ROUTE MENU (wciskając MENU i 3 w MAIN MENU lub MENU z funkcji GOTO ROUTE). Wcisnąć 1 (DEACTIVATE), a następnie MENU i 3 (ROUTE MENU). Wcisnąć 5 (DELETE) a następnie 1 (DELETE ALL OF THE ROUTES) w celu wykasowania wprowadzonych tras z pamięci odbiornika. Zatwierdzić opcję YES? wciskając ENTER Po restarcie odbiornika uaktywnić WAYPOINT MENU (po wciśnięciu MENU i wybraniu 2 w MAIN MENU lub po wciśnięciu MENU z funkcji GOTO WAYPOINT). Wcisnąć 7 (DELETE) a następnie 1 (DELETE ALL OF THE WAYPOINTS) w celu wykasowania wprowadzonych punktów drogowych z pamięci odbiornika. Zatwierdzić opcję YES? wciskając ENTER

11 4. 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. 0) Obliczyć wartości średnie i odchylenia standardowe ϕ, λ, h. 0) Obliczyć koła błędów dla pozycji uzyskanych z czterech serii pomiarowych. 0) Przedstawić na wykresach przebieg zmian ϕ, λ, h w funkcji czasu w zależności od wykorzystanej stacji referencyjnej i rodzaju nawigacji (2D lub 3D). 0) Obliczyć odległości pomiędzy pozycjami średnimi uzyskanymi z pomiarów, a pozycją geodezyjną laboratorium określoną na elipsoidzie WGS 84: ϕ = ,71 N λ = ,02 E 0) Sprawozdanie zakończyć wnioskami z przeprowadzonych badań. UWAGA: W sprawozdaniu należy zamieścić oryginał tabel pomiarowych

12 Tabela pomiarowa 2 Stacja różnicowa: Data: Godz.: L.p. Szerokość (ϕ) Długość (λ) Osoby wykonujące ćwiczenie: Dokładność (Acc.) DOP Zmiany śledzonego segmentu kosmicznego Podpis prowadzącego:

13 Tabela pomiarowa 3 Stacja różnicowa: Data: Godz.: L.p. Szerokość (ϕ) Długość (λ) Osoby wykonujące ćwiczenie: Wysokość (h) DOP Zmiany śledzonego segmentu kosmicznego Podpis prowadzącego:

14 Tabela pomiarowa 4 Stacja różnicowa: Data: Godz.: L.p. Szerokość (ϕ) Długość (λ) Osoby wykonujące ćwiczenie: Wysokość (h) DOP Zmiany śledzonego segmentu kosmicznego Podpis prowadzącego: