ความคลาดเคลื่อนในการรังวัดดาวเทียมระบบ GPS
เป็นที่ทราบกันอยู่แล้วว่าการรังวัดด้วยดาวเทียมมีข้อจำกัดอยู่หลายประการที่จะส่งผลต่อความถูกต้องของตำแหน่งที่ทำการรังวัดบนพื้นผิวโลก
การศึกษาให้เข้าใจถึงปัจจัยต่างๆที่ส่งผลต่อการรังวัดด้วยดาวเทียมจึงมีความสำคัญเป็นอย่างมากเพื่อที่จะนำไปประยุกต์ใช้งานให้เกิดความผิดพลาดให้น้อยที่สุด
ความคลาดเคลื่อน (Error) ที่ส่งผลต่อความถูกต้องของเชิงตำแหน่งโดยการรังวัดด้วยดาวเทียม มีดังนี้
1.)
ความคลาดเคลื่อนของวงโคจรดาวเทียม (Ephemeris Error)
วงโคจรดาวเทียมที่ผู้ใช้รับมานั้น
เป็นวงโคจรที่ได้จากการคำนวณล่วงหน้า ดังนั้น ตำแหน่งดาวเทียม (อิฟิเมอริสดาวเทียม)
จึงเป็นค่าจากการคำนวณล่วงหน้า โดยอาศัยรูปจำลองของแรงภายนอกต่างๆ
ที่กระทำต่อดาวเทียม เช่น แรงดึงดูดจากดวงจันทร์ แรงดึงดูดจากดวงอาทิตย์ ลมสุริยะ
ซึ่งส่งผลต่อตำแหน่งวงโคจรของดาวเทียม รูปจำลองที่ใช้อาจไม่สมบูรณ์ ฉะนั้น
ตำแหน่งของดาวเทียมที่ได้จากอิฟิเมอริสดาวเทียม ที่ส่งกระจายลงมาพร้อมสัญญาณดาวเทียมนั้น
จึงไม่ถูกต้อง ดังนั้นส่วนควบคุมจึงจำเป็นต้องปรับแก้ให้เที่ยงตรงอยู่เสมอ
2.)
ความคลาดเคลื่อนของนาฬิกาบนดาวเทียม (GPS Clock Error)
เวลา GPS
คือ เวลาที่ใช้เป็นมาตรฐานอ้างอิงในระบบ GPS โดยมีสถานีควบคุมหลักเป็นผู้ดูแลรักษาเวลา
GPS ให้มีความถูกต้อง โดยปกติเวลา GPS และเวลามาตรฐานสากล
(UTC) จะถูกรักษาให้ต่างกันไม่เกิน 100 ns (10-7 วินาที) แต่ถึงแม้ว่านาฬิกาอะตอมที่เป็นตัวกำหนดเวลาบนดาวเทียมจะมีความถูกต้องสูง
แต่ก็ยังคงมีความผิดพลาดอยู่ (ประมาณ 3 nanosecond)
ส่งผลให้คลื่นที่ส่งมาผิดพลาดด้วย นอกจากความคลาดเคลื่อนในส่วนของการเทียบเวลาแล้ว
ยังมีความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากความไม่เสถียรของมาตรฐานความถี่ของนาฬิกาบนดาวเทียมที่เรียกว่า
ดริฟท์(Drift)
3.)
ความคลาดเคลื่อนของการหักเหในชั้นบรรยากาศ
(Atmospheric
Errors)
บรรยากาศของโลกถูกแบ่งออกเป็นหลายชั้น
แต่ละชั้นมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ชั้นบรรยากาศที่ติดกับพื้นโลก เรียกว่า
โทรโพสเฟียร์ (Troposphere) เป็นชั้นที่มีปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
เช่น ฝน เมฆ พายุ ขอบเขตของโทรโพสเฟียร์ สูงถึง 16 - 17 กม. จากพื้นผิวโลก
ส่วนชั้นบรรยากาศ ซึ่งครอบคลุมบริเวณตั้งแต่ระดับความสูงราว 50 กม. ถึง 1000 กม.
เรียกว่า ไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere) ชั้นบรรยากาศที่มีผลต่อการหักเหของคลื่นวิทยุหรือทำให้เส้นทางเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไป
คือ ชั้นไอโอโนสเฟียร์และชั้นโทรโพสเฟียร์
4.)
ความคลาดเคลื่อนเนื่องจากเกิดคลื่นสะท้อน
(Multipath
Errors)
คลื่นสะท้อน
เกิดจากคลื่นสัญญาณ GPS เดินทางไปกระทบวัตถุเกิดการสะท้อนของคลื่นก่อนเข้าสู่เครื่องรับสัญญาณ
วัตถุสะท้อนคลื่น เช่น ผิวน้ำ ผนังคอนกรีต ส่งผลกับรหัสและคลื่นส่ง
ผลของการเกิดคลื่นสะท้อนมีขนาดเป็น 100 เท่าของคลื่นส่ง การสะท้อนคลื่นมีผลโดยตรงต่อข้อมูลระยะทางระหว่างดาวเทียมและเครื่องรับสัญญาณผิดไปจากเดิม
จึงส่งผลให้ค่าพิกัดตำแหน่งผิดพลาดไปด้วย และยังเป็นสาเหตุทำให้คลื่นหลุดได้ง่าย
แต่มีการแก้ไขหลายวิธีดังนี้
-
เลือกจุดตั้งรับที่ไม่มีพื้นผิวสะท้อนอยู่ใกล้เคียง
-
เลือกเสาอากาศที่ออกแบบเฉพาะ
เช่น เสาอากาศที่มีแผ่นกราวด์
-
ใช้เวลาการรังวัดให้มากยิ่งขึ้น
5.)
ความคลาดเคลื่อนเนื่องจากนาฬิกาของเครื่องรับสัญญาณดาวเทียม
(Receiver
Clock Errors)
เครื่องรับสัญญาณไม่จำเป็นต้องมีนาฬิกาที่มีความถูกต้องสูงมาก
ทั้งนี้เพราะเวลาที่ถูกต้องสามารถหาได้จากสัญญาณดาวเทียมที่เป็นข้อมูลเวลา
ซึ่งเครื่องรับสามารถถอดรหัสได้ก็จะรู้เวลา GPS
6.)
การเกิดคลื่นหลุด (Cycle
Slip)
คลื่นหลุด
คือ การขาดหายไปเป็นช่วงๆ ของคลื่น
ทำให้เครื่องรับไม่สามารถบันทึกข้อมูลได้อย่างต่อเนื่อง โดยมีสาเหตุหลายประการ คือ
-
มีสิ่งกีดขวางการเดินทางของสัญญาณดาวเทียม
เช่น ต้นไม้ อาคาร
-
Noise ของสัญญาณขนาดใหญ่
เช่น สัญญาณถูกรบกวนจากคลื่นวิทยุ
-
การเกิดคลื่นสะท้อน
-
ความแรงของสัญญาณ (SNR)
อ่อนโดยเฉพาะคลื่น L2
ผลจากการเกิดคลื่นหลุด
คือ หลังจากที่เครื่องรับสามารถรับสัญญาณและล็อคสัญญาณได้อีกครั้งส่วนของเฟสคลื่นส่งยังคงเหมือนเดิม
แต่จำนวนเต็มรอบของลูกคลื่นจะเริ่มนับใหม่
ทำให้ในการประมวลผลต้องทำการหาค่าเลขจำนวนเต็มของลูกคลื่นใหม่
การแก้ไขการเกิดคลื่นหลุดทำได้โดยการใช้ซอฟต์แวร์ในการประมวลผลช่วยทำการแก้ไข
การหลุดของสัญญาณ
เป็นการหายไปของสัญญาณขณะรังวัด
ไม่สามารถกลับมารับสัญญาณของดาวเทียมที่รังวัดไปแล้วได้อีก
ซึ่งเกิดจากการที่กลุ่มดาวเทียมขณะรังวัดมีน้อยกว่า 4 ดวง
และสิ่งกีดขวางในการเดินทางของสัญญาณ เช่น อาคาร ต้นไม้ เป็นต้น
7.)
ความคลาดเคลื่อนของเครื่องรับ (Receiver Error)
ความคลาดเคลื่อนของเครื่องรับ
(Noise)
มีสาเหตุการเกิดหลายออย่างเช่น ความไม่เสถียรของออสซิลเลเตอร์
จุดศูนย์กลางเฟสของเสาอากาศ การ BIAS ระหว่างช่องรับสัญญาณ Noise
ในการรังวัดขึ้นอยู่กับความเร็วของสัญญาณที่ได้รับ โดยคำนวณได้จากกฎหัวแม่มือ
นำมาใช้ในการหาขนาดของ Noise กล่าวคือ 1% ของค่าความยาวคลื่นของสัญญาณที่กำลังรังวัด
สัญญาณดาวเทียม
|
ความยาวคลื่น
|
Noise
|
รหัส C/A
|
300 cm.
|
3 m.
|
รหัส P
|
30 cm.
|
30 cm.
|
คลื่นส่ง L1
|
19 cm.
|
1.9 m.
|
คลื่นส่ง L2
|
24 cm.
|
2.4 m.
|
8.)
ความผิดพลาดในการวัดความสูงของเสาอากาศ (Measurement Error)
เป็นความผิดพลาดที่ใหญ่ที่สุดที่เกิดจากผู้ปฏิบัติ การรังวัดความสูงเสาอากาศในสนามมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง
เนื่องจากสัญญาณดาวเทียมที่รังวัดได้จะถูกบันทึกและคำนวณบนเสาอากาศ ดังนั้น ค่าความสูงของเสาอากาศที่วัดได้จะใช้เป็นค่าในการทอนค่าความสูงของเสาอากาศลงสู่หัวหมุดหลักฐาน
การวัดค่าความสูงของเสาอากาศจะมีผลกระทบโดยตรงต่อความสูงของหมุดหลักฐาน
ดังนั้นผู้ปฏิบัติควรระลึกถึงและระมัดระวังให้มากที่สุด
9.)
ความคลาดเคลื่อนเนื่องจากการวางตัวของดาวเทียม
(Dilution
of Precision : DOP)
การหาค่าพิกัดของตำแหน่งของวัตถุ
นอกจากต้องรับสัญญาณดาวเทียมให้ได้อย่างน้อย 4 ดวงแล้ว
การวางตำแหน่งของดาวเทียมบนท้องฟ้าก็เป็นส่วนสำคัญ ค่า DOP
เป็นค่าที่ได้จากกระบวนการทางคณิตศาสตร์
ซึ่งบ่งบอกความไม่แน่นอนด้านตำแหน่ง ค่า DOP ที่สูงให้ค่าความไม่แน่นอนของตำแหน่งมากกว่า
ค่า DOP ที่ต่ำ โดยแบ่งค่า DOP ได้ดังนี้
-
HDOP หรือ Horizontal
Dilution of Precision คือ ความไม่แน่นอนในองค์ประกอบด้านตำแหน่งทางราบ
-
VDOP หรือ Vertical
Dilution of Precision คือ ความไม่แน่นอนในองค์ประกอบด้านความสูง
-
PDOP หรือ Position
Dilution of Precision คือ
ความไม่แน่นอนในองค์ประกอบด้านตำแหน่งในสามมิติ โดย PDOP = HDOP + VDOP
-
TDOP หรือ Time Dilution
of Precision คือ ความไม่แน่นอนในองค์ประกอบด้านเวลา
-
GDOP หรือ Geometry
Dilution of Precision คือ ความไม่แน่นอนในองค์ประกอบด้านเรขาคณิต
โดย GDOP = PDOP + TDOP
โดยถ้าแบ่งท้องฟ้าออกเป็นสี่จตุรางคดล
(Quadrant)
ดาวเทียมจะต้องอยู่เหนือเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมกระจายอยู่ทั้งสี่จตุรางคดล
จึงจะให้ค่า DOP ที่ดี
สุดท้ายการที่จะทำการรังวัดเพื่อให้ได้ค่าพิกัดตำแหน่งที่ถูกต้องที่สุด
นอกจากปัจจัยต่างๆที่ได้กล่าวมาแล้วในข้างต้น ความพร้อมของผู้ใช้งาน
และการวางแผนที่เป็นระบบ จะช่วยให้การรังวัดมีประสิทธิภาพและได้ความถูกต้องมากยิ่งขึ้น
อ้างอิงข้อมูลจาก : เอกสารประกอบวิชาการ การสำรวจด้วยดาวเทียม (Satellite Surveying) รวบรวมโดย ร.ท.วัลลพ ตาเขียว กรมแผนที่ทหาร, gisgeography.com
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น