Psevdo-razdalja

Sprejemnik lokalno ustvarja repliko signala, ki ga sprejema iz satelita. Nato primerja tako ustvarjen signal s signalom, sprejetim od satelita. Signal oddan s satelita je na Zemlji tako šibek, da je celo pod nivojem termičnega šuma, zato tukaj pridejo do izraza posebne avto-korelacijske lastnosti le-tega. Sprejemnik svoj lokalno ustvarjen signal tako dolgo časa zamika, da križno-korelacijska funkcija med signaloma doseže vrh. Takrat sta signala popolnoma poravnana, časovni zamik pa predstavlja čas potovanja signala od satelita do sprejemnika. Ta časovni zamik, pomnožen s hitrostjo svetlobe (299,792,458 m/s), predstavlja prevdo-razdaljo.

Ko se s postopkom križne korelacije doseže popolna pokritost kod sprejetega in lokalno ustvarjenega signala, lahko kodo PRN odstranimo iz signala. Takrat se pasovna širina zmanjša, spektralna močnostna gostota pa bistveno poveča. Takšen signal je sedaj pripravljen za nadaljnjo obdelavo. Sprejemnik sedaj dekodira navigacijsko sporočilo, iz njega pa razbere podatke o položaju satelitov in satelitovih urah. Ko je demodulirano tudi navigacijsko sporočilo, je v sprejemniku rekonstruirano tudi nosilno valovanje. S primerjanjem faze lokalno ustvarjenega- in iz satelita sprejetega signala lahko sprejemnik še bolj natančno določi razdaljo do satelita.

Določitev položaja

Z merjenjem štirih razdalj do štirih različnih satelitov je na voljo enolična rešitev določitve 3D položaja. Rešitev si lahko predstavljamo kot preprost ločni presek. Če je na voljo več satelitov, torej imamo na voljo več opazovanj (psevdo-razdalj), kot je neznank, se položaj določi po metodi najmanjših kvadratov. Večje, kot je število satelitov, in ugodnejša, kot je njihova geometrijska razporeditev (nižja vrednost DOP), bolj kakovostno je določen položaj.

Če dva sprejemnika hkrati sledita iste satelite, lahko prvi sprejemnik, ki je postavljen na znanih koordinatah, izračuna popravke (to je razlika med geometrično razdaljo do satelita in izmerjeno psevdo-razdaljo), te popravke pa premični sprejemnik prišteje k svojim opazovanim psevdo-razdaljam in tako določi svoj natančen položaj. To je princip diferencialne metode izmere DGNSS.

Opazovanja faze in fazne razlike

Za določitev natančnega položaja sodobni (geodetski) sprejemniki GNSS kombinirajo različne signale in hkrati obravnavajo tako opazovanja kode kot faze. 

Opazovanja faze imajo lastnost, ki se imenuje fazna nedoločenost (ang. Ambiguity). Sprejemnik lahko zazna samo položaj faze znotraj ene valovne dolžine in prešteje število akumuliranih celih valov v času izvajanja meritve, ne more pa prešteti števila celih valov signala od satelita do sprejemnika. Lastnost neznanega števila celih valov signala je tudi, da se ohranja ves čas sledenja signala, če le ne pride do prekinitve.

Metode izmere GNSS, ki temeljijo na opazovanjih faze, so vse relativne (izjama je PPP, ki je v članku ne bomo omenjali), kar pomeni, da je rezultat bazni vektor med referenčno točko z znanimi koordinatami in novo (merjeno) točko. S skupno obdelavo opazovanj faze obeh sprejemnikov ter primerno kombinacijo le-teh (t.i. fazne razlike), se iz opazovanj odstranijo ali zmanjšajo sistematični vplivi. Pomembna lastnost dvojnih faznih razlik (to je razlik opazovanj faze med dvema sprejemnikoma in dvema satelitovm) je, da se fazna nedoločenost lahko določi kot celo število. Takoj ko je začetno število neznanih valov signala določeno kot celo število, pa iz opazovanja faze pridobimo zelo natančno fazno psevdo-razdaljo. Sodobni GNSS sprejemniki omogočajo določitev fazne psevdo-razdalje z natančnostjo <0.5 mm.

Metode za izračun najverjetnejšega celega števila fazne nedoločenosti so (bile) plod številnih raziskav. Danes najbolj uveljavljena je LAMBDA (Least Squares Ambiguity Decorrelation Adjustment), ki se je med vsemi metodami izkazala za najbolj učinkovito.

Vplivi na opazovanja

Vplive na opazovanja GNSS lahko razdelimo na tri kategorije - tiste z izvorom v satelitu, mediju, po katerem se signal razširja (atmosferi) in tiste z izvorom v sprejemniku. 

To so pogreški satelitovih in sprejemnikovih ur, zakasnitve zaradi elektronskih sestavov satelita in sprejemnika, spreminjanje položaja faznega centra satelitove in sprejemnikove antene ter pogreški tirnic satelitov. Vplivi medija na razširjanje signala (to je elektro-magnetnega valovanja) pa sta predvsem ionosferska in troposferska refrakcija, poleg pa lahko štejemo tudi vpliv večpotja (ang. Multipath) signala ter interference.

Prostorsko odvisne vplive na opazovanja se odstrani ali zmanjšuje z relativnimi metodami izmere, saj so prostorsko in časovno korelirani, kar pomeni, da so približno enake velikosti in enake narave tako na referenčnem kot na premičnem sprejemniku vsaj pri kratkih baznih vektorjih.

Sodoben sprejemnik GNSS

Sodobni sprejemniki GNSS omogočajo sprejem aktualnih in bodočih signalov različnih sistemov GNSS. Tako lahko sledijo GPS signale L1, L2 in L5, GLONASS L1 in L2, Galileo E1, E5a, E5b, AltBOC, Compass B1, B2, B3, QZZS, SBAS in druge...

Sprejemniki se pomembno razlikujejo tudi po funkcionalnosti, dodatnih zmožnostih, ki jih omogočajo. Tako so nakateri modeli popolnoma integrirani - vsebujejo izmenljive baterije, pomnilnik, komunikacijski vmesnik ter uporabniški vmesnik v eni enoti ter tako omogočajo popolnoma avtonomno delovanje. Drugi so posebej prilagojeni za vodenje gradbenih strojev, ali pa posebej prilagojeni za povezavo s tahimetrom kot SmartStation ali SmartPole, spet tretji so primerni za integracijo v kompleksnejše sisteme, na primer za hidrografijo, mobilne kartirne sisteme in podobno. Vse do klasičnih geodetskih roverjev, ki so namenjeni postavitvi geodetske mreže, topografskim merjenjem in zakoličbi. GNSS je torej tehnologija, ki je prisotna v praktično vseh aplikacijah, povezanih s prostorom, temu pa so prilagojeni tudi merilni instrumenti.

Predvsem pri sprejemnikih GNSS, ki so namenjeni za RTK izmero, je poleg natančnosti najpomembnejši tehnični podatek hitrost in zanesljivost inicializacije. GNSS sprejemniki Leica Geosystems imajo vgrajeno patentirano tehnologijo in algoritme SmartCheck, ki ves čas izmere, vsakih nekaj sekund popolnoma samodejno in neodvisno preverjajo pravilnost inicializacije ter tako zagotavljajo >99.99% zanesljivost. Algoritmi SmartRTK skrbijo za optimalno merjenje v omrežjih GNSS, kjer s posebnim atmosferskim dekorelatorjem zagotavljajo najvišjo natančnost in homogenost rezultatov.

Metode izmere GNSS

Metode izmere GNSS se delijo glede na relativne in absolutne. Če so absolutne metode namenjene predvsem osebni navigaciji (rekreacija, cestna in pomorska navigacija...), pa so za doseganje natančnosti višjih od nekaj metrov potrebne relativne metode izmere.

Pri relativnih metodah izmere je en sprejemnik - referenčni, postavljen na točki z znanimi koordinatami, z drugim, premičnim sprejemnikom (ang. Rover) pa določamo položaje novih točk. Relativna metoda z uporabo kode se imenuje tudi DGPS oziroma DGNSS, relativna metoda z uporabo faze pa RTK (Real-time Kinematic). Oba načina omogočata pridobitev kakovostnih rezultatov (vključno z oceno natančnosti) že v času same izmere, zato ju odlikuje tudi visoka zanesljivost.

Poleg tega se metode izmere lahko delijo tudi glede na dinamiko, in sicer na statične in kinematične. Pri statičnih sprejemnik več minut, ur ali celo dnevov stoji na merjeni točki in shranjuje surova opazovanja, ki se navadno obdelajo s postopkom naknadne obdelave opazovanj (ang. Post-processing). Te metode omogočajo določitev položaja s praktično poljubno natančnostjo. Kinematične metode pa omogočajo določitev položaja med gibanjem, na primer določitev trajektorije gibanja vozila in podobno. Kinematične metode izmere (tako v realnem času, RTK, kot tudi z naknadno obdelavo opazovanj) omogočajo pridobitev položaja s centimetrsko natančnostjo.