توسعه الگوريتم ايستگاه مرجع مجازي GNSS براي ايجاد يك سيستم شبكه RTK

A Virtual Reference Station Algorithm Development for a Network RTK System

استفاده از تكنولوژی تعيين موقعيت آنی كينماتيك شبكه (Real Time Kinematic; RTK)، به ويژه استفاده از ايستگاه مرجع مجازی (Virtual Reference Station; VRS)، در دو دهه‌ی گذشته برای تعيين موقعيت دقيق با سامانه تعيين موقعيت جهانی (Global Positioning System; GPS) و نيز غلبه بر مشكلات RTK سنتی گسترش يافت. هدف اصلی در تكنولوژی VRS، كاهش طول‌مبنای (Baseline) بين ايستگاه مرجع مجازی و كاربر به منظور كاهش تاثير خطای مدار ماهواره‌ها و تاخيرات اتمسفری در مرحله تقاضلی مرتبه دوم (Double Difference; DD) می‌باشد. نتيجه اين امر بالاتر رفتن دقت تعيين موقعيت كاربر خواهد بود. بدين منظور ايستگاه مرجع به گونه‌ای انتخاب می‌شود كه تا حد امكان به ايستگاه سيار نزديك باشد. در اين مقاله ابتدا مفاهيم اوليه ساخت مشاهدات ايستگاه مجازی در شبكه بيان می‌شود. سپس برای داده‌های واقعی ايستگاه‌های GPS موجود در شبكه دائم (National Geodetic Survey; NGS)، الگوريتم تشكيل مشاهدات مجازی VRS توسعه داده شده و نتايج عددی آن ارائه شده است. همچنين برای ساختن مشاهدات ايستگاه مجازی، از سه روش درون‌يابی خطی (Linear Interpolation)، برازش رويه با مراتب پايين (Low-order surface model) و روش درون‌يابی كريجينگ معمولی (Ordinary Kriging) استفاده و نتايج حاصله مقايسه شده است. نتايج حاصله در مورد اين شبكه موردی، مبين اين مطلب است كه استفاده از روش‌های درون‌يابی مختلف تفاوت چندانی در جواب نهايی ايجاد نخواهد كرد. هر چند نتايج بدست آمده نشان می‌دهد كه روش درون‌يابی خطی نسبت به دو روش درون‌يابی ديگر، كمی ضعيف‌تر عمل می‌كند. به گونه‌ای كه در آزمايش انجام شده ميانگين قدر‌مطلق اختلاف مشاهدات تفاضلی مرتبه اول ساخته شده و موجود با استفاده از روش درون‌يابی خطی نسبت به دو روش ديگر حدود يك سانتی‌متر بيش‌تر است. با اين وجود انتخاب روش درون‌يابی خطا در نتيجه نهايی (مختصات ايستگاه سيار) تفاوت قابل ملاحظه‌ای ايجاد نخواهد كرد. به بيان ديگر در مولفه‌های طول‌مبنای برآورد شده مابين ايستگاه مرجع و سيار با استفاده از روش‌های مختلف درون‌يابی، اختلاف فاحشی ملاحظه نمی‌شود؛ هر چند كه روش درون‌يابی خطی همچنان نسبت به دو روش ديگر ضعيف‌تر عمل می‌كند.

Concepts of multiple reference stations—Virtual Reference Station (VRS) for instance—have been developed during the last two decades to overcome the traditional RTK deficiencies. The basic idea behind the VRS method is the application of spatiotemporal dependence of errors to reduce the effects of biases on virtually generated observations. This amelioration improves the final coordinates and reduces the number of permanent stations settlement over a regional network. The virtual station must be as close as possible to the rover station. For this purpose, the rovers have to transmit their approximate coordinates to a data process center (the master reference station), which can be obtained using the navigation solution. The approximate coordinates of the rover are then selected as the position of the virtual station. Therefore the virtual observations can be generated at the VRS position and corrections due to the dispersive and non-dispersive biases are implemented to the observations. This generation of virtual observations improves the final coordinates and reduces the number of permanent stations settlement over a regional network. In this article the VRS generation algorithm is developed and applied to six GPS stations of NGS (National Geodetic Survey) permanent network. Various error interpolation methods are tested for the VRS algorithm efficiency. The results prove that the VRS algorithm works correctly, which can be used for regional and national networks. The results were shown not much to be dependent on the choice of the interpolation method. However, the error mitigation algorithm plays the most important role.