Karta předmětu prezenční studium

Transkript

1 Karta předmětu prezenční studium Název předmětu: Globální navigační a polohové systémy (GNPS) Číslo předmětu: Garantující institut: Garant předmětu: Institut geoinformatiky Ing. David Vojtek, Ph.D. Kredity: 5 Povinnost: povinný Úroveň studia: pregraduální Jazyk výuky: čeština Ročník: 1 Semestr: letní Odkaz na web: Určeno pro fakulty: HGF Určeno pro typ studia: bakalářské Způsob zakončení: záp. + zk. Rozsah výuky: Prerekvizity: Korekvizity: Vyskytuje se v prerekvizitách: nejsou Terénní cvičení z GNSS a GIS (TCGIS) nevyskytuje se Výstupy z učení - student prokazuje znalosti: k popsání a k vysvětlení základní principů fungování globálních navigačních družicových systému (GNSS) k popsání základních charakteristiky jednotlivých komponent a služeb vybraných GNSS systémů (systému Navstar GPS, GLONASS a GALILEO) k vysvětlení faktorů, které ovlivňují přesnost měření prováděných prostřednictvím GNSS k rozlišení základních typů GNSS přístrojů a k identifikaci jejich předností a nedostatků k popisu základní metody zpřesňování polohy a k identifikaci případů, kdy je možné jednotlivé metody zpřesňování polohy použít k určení nezbytných předpokladů, které je nutné splnit pro úspěšné zpřesňování polohy

2 - student umí: posoudit vhodnost zvoleného přístroje a metody měření pro dosažení stanoveného výsledku měření posoudit možné vlivy ovlivňující měření při praktické aplikaci navrhnout, připravit a realizovat GNSS měření (úroveň GIS mapování) vyhodnotit GNSS měření (úroveň GIS mapování) - student je schopen: posoudit nároky zadaného úkolu mapování s GNSS přístroji vybrat vhodné zařízení a vhodný postup mapování zorganizovat celé GNSS měření po odborné a technické stránce interpretovat a obhájit výsledky GNSS měření (úroveň GIS mapování) připravit podkladová data, pre-processing mapovaných dat a post-processing výsledných dat do specifikované podoby Metody výuky (zastoupení jednotlivých metod je třeba kvantifikovat v %) přednášky 35 % projekt 15 % terénní práce 20 % samostatná práce 30 % Anotace Předmět se v přednáškové části zabývá teoretickými základy GNSS lokalizace, architekturou, parametry a službami vybraných GNSS (Navstar GPS, GLONASS, GALILEO). Dále navazuje část přednášek věnována limitujícím faktorům GNSS měření a způsobům, jak se tyto faktory při měření projevují. V poslední části přednášek následuje představení základních metod zpřesňování polohy. V části cvičení je kladen důraz na realizaci projektů mapování GNSS se zaměřením na autonomní mapování, diferenční metodu měření s následným zpracováním (PP DGNSS) a na metodu Real-time Kinematic (RTK). Povinná literatura EL-RABBANY, E.: Introduction to GPS: The Global Positioning System. Artech House, Inc, str. KAPLAN, ELLIOTT, D.: Understanding GPS: Principles and Applications, Second Edition, Artech House Publishers; 2nd edition, 2005, pages 726, ISBN-10: MOHINDER, S. G., LAWRENCE, R. W., ANGUS, P. A.: Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration., John Wiley & Sons, Inc. 2001, pages 382, Printed ISBN: RAPANT, P.: Družicové polohové systémy. VŠB-TU Ostrava, str. ISBN < RAPANT, P. a kol.: Družicové navigační a polohové systémy. Učební texty pro distanční vzdělávání. VŠB-TU Ostrava, str. VEŘTÁK, I.: Rádiové určení polohy - prezentace, 2009, stran 80.

3 Doporučená literatura Inside GNSS - Digital Edition adresa: < Nároky na zabezpečení výuky Cvičení vyžadují: 6 sad GPS přístrojů pro autonomní určování polohy 6 sad GPS přístrojů pro určování polohy metodou Post-processing DGNSS a aplikace pro provedení následného vyhodnocení měření 2 sady GPS přístrojů pro určování polohou RTK a mobilní telefony Metody průběžné kontroly znalostí během semestru projekt (průběžné hodnocení) Osnova přednášek 1) Historie a současnost lokalizace a navigace 2) Principy lokalizace GNSS a obecná architektura GNSS 3) Architektura Navstar GPS 4) Signály a služby Navstar GPS 5) Architektura GLONASS 6) Signály a služby GLONASS 7) Architektura GALILEO 8) Signály a služby GALILEO 9) Poloha a čas GNSS 10) GNSS přijímač a jeho charakteristiky 11) Formáty a komunikační protokoly GNSS 12) Faktory ovlivňující přesnost GNSS měření 13) Zpřesňování polohy a času GNSS 14) Vědecké metody využívání GNSS Osnova cvičení 1) Přípravná fáze projektu GNSS mapování 2) Základy práce v prostředí ArcPad 3) GNSS mapování metodou autonomních měření v ArcPAD 4) Základy práce v prostředí TopSURV 5) GNSS mapování a vyhodnocení metodou Post-Processing DGPS v TopSURV 6) GNSS mapování metodou RTK v TopSURV 7) Projekt - Autonomní GNSS 8) Projekt - Autonomní GNSS 9) Projekt - Post-Processing DGNSS 10) Projekt - Post-Processing DGNSS 11) Projekt - Post-Processing DGNSS 12) Projekt - RTK 13) Projekt - RTK

4 Otázky ke zkoušce 1) Přehled současných a budoucích GNSS 2) Princip lokalizace pomocí kódových a fázových měření 3) Základní komponenty architektury GNSS 4) Segmenty systému GPS Navstar 5) Současné a budoucí signály GPS Navstar a poskytované služby a jejich parametry (dálkoměrné kódy a navigační data) 6) Segmenty systému GLONASS 7) Současné a budoucí signály GLONASS a poskytované služby a jejich parametry (dálkoměrné kódy a navigační data) 8) Komponenty systému GALILEO 9) Signály GALILEO a poskytované služby a jejich parametry (dálkoměrné kódy a navigační data) 10) Souřadnicové systémy vybraných GNSS (horizontální a vertikální). Časové stupnice vybraných GNSS. 11) Základní komponenty GNSS přijímače z pohledu běžného uživatele. Významné parametry přijímačů a jejich vliv na možné použití přijímače. 12) Time To First Fix 13) Real-time formáty a komunikační protokoly z oblasti GNSS 14) Standardy pro výměnu dat z oblasti GNSS 15) Faktory působící na měření na straně družic 16) Faktory působící na ve fázi signálu na cestě (signal-in-space) 17) Faktory působící na měření na straně uživatele a ostatní faktory 18) Přehled základních metod pro zpřesňování GNSS polohy 19) Princip fungování DGNSS, princip fungování jednoduchých a dvojitých diferencí 20) Princip fungování SBAS a Wide-Area DGPS Podmínky absolvování předmětu Název úlohy Typ úlohy Max. počet bodů (akt. za podúlohy) Min. počet bodů Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51 Zápočet Zápočet 33 (33) 17 Projekt A 12 6 Projekt B 10 5 Projekt C 11 6 Zkouška Zkouška 67 (67) 34 Písemná zkouška Písemná zkouška Ústní zkouška Ústní zkouška 12 8

5 Údaje o předmětu v cizím jazyce Annotation In the lectured part, the course first introduces the students into general, theoretical concepts in the field of GNSS localization, architecture, parameters and services within selected GNSSs (Navstar GPS, GLONASS and GALILEO). The next part of the lectures deals with certain factors, which limit the GNSS measurement, and with the ways these factors may influence the measurement process. In the last part of the lectures, basic methods used for accurate positioning are presented. Exercises include implementation of projects based on GNSS mapping, with focus on autonomous mapping, differential measurement method, including data processing (PP DGNSS), as well as the Real-time Kinematic method (RTK). Outline of lectures 1) The history and the present of localization and navigation 2) General principles of localization by means of GNSSs and general architecture of the GNSSs 3) Navstar GPS, architecture 4) Navstar GPS, signals and services 5) GLONASS, architecture 6) GLONASS, signals and services 7) GALILEO, architecture 8) GALILEO, signals and services 9) GNSS, position and time 10) GNSS receiver and its characteristics 11) Formats and communication protocols GNSS 12) Factors affecting accuracy of GNSS measurements 13) Making GNSS position and time more accurate 14) Scientific methods of using GNSS Outline of exercises 1) Preparatory phase of the GNSS mapping project 2) Introduction to ArcPad application 3) GNSS mapping by means of autonomous measurement with use of ArcPAD 4) Introduction to TopSURV application 5) GNSS mapping and evaluation by means of Post-Processing DGPS with use of TopSURV 6) GNSS mapping by means of RTK with use of TopSURV 7) Project - Autonomous GNSS 8) Project - Autonomous GNSS 9) Project - Post-Processing DGNSS 10) Project - Post-Processing DGNSS 11) Project - Post-Processing DGNSS 12) Project - RTK 13) Project - RTK

6 Exam question topics 1) An overview of the existing and future GNSSs 2) The principle of localization by means of code and phase measuring 3) Basic components within the GNSS architecture 4) Segments within the GPS Navstar system 5) The existing and future GPS Navstar signals, services provided, and their parameters (distance measuring codes and navigation data) 6) Segments within the GLONASS system 7) The existing and future GLONASS signals, services provided, and their parameters (distance measuring codes and navigation data) 8) Components within the GALILEO system 9) GALILEO signals, services provided, and their parameters (distance measuring codes and navigation data) 10) Coordinate systems in selected GNSSs (horizontal and vertical). Time scales in selected GNSSs. 11) Basic components within the GNSS receiver from the view of common user. Key parameters of the receivers and their influence on possible use of the receiver. 12) Time To First Fix 13) Real-time formats and communication protocols in the field of GNSS 14) Data exchange standards in the field of GNSS 15) Factors affecting measurement on the satellite side 16) Factors affecting measurement in the phase of signal-in-space 17) Factors affecting measurement on the user side, and other factors 18) An overview of basic methods used for making GNSS position more accurate 19) The principle of the DGNSS, principles of single and double differences 20) The principle of SBAS and Wide-Area DGPS