Kodėl GNSS gali klysti prie pastatų ir metalinių konstrukcijų?

GNSS matavimų tikslumas priklauso ne tik nuo imtuvo, korekcijų ir palydovų skaičiaus. Šalia antenos esantys pastatai, metalinės konstrukcijos ir kitos kliūtys gali pakeisti signalų sklidimą, todėl apskaičiuota padėtis gali būti netiksli net esant palankiam palydovų išsidėstymui.

Svarbu ne vien tai, ar kliūtis visiškai užstoja palydovą. Signalą ji gali paveikti ir tada, kai tiesioginė linija tarp palydovo ir antenos dar neuždengta. Tai nagrinėjama 2026 m. spalio 6 d. žurnale „GPS Solutions“ paskelbtame kontroliuojamame eksperimente.

Kaip kliūtys pakeičia GNSS signalą?

Prie pastatų dažniausiai susiduriama su signalų užstojimu ir atspindžiais. Atsispindėjęs signalas anteną pasiekia ilgesniu keliu. Kai imtuvas priima tiesioginį signalą ir jo atspindžius, susidaro daugiakelio sklidimo poveikis.

Tačiau yra ir kitas reiškinys – difrakcija. Elektromagnetinė banga užlinksta ties kliūties kraštu, todėl gali pasikeisti jos amplitudė ir fazė. Imtuvas tokį signalą dar gali priimti, nors jis jau paveiktas kliūties. Tai svarbu tiksliems GNSS matavimams, kuriuose naudojama signalo nešlio fazė. Šie reiškiniai paaiškinti tyrimo teorinėje dalyje.

Kodėl svarbi pirmoji Frenelio zona?

Vertinant bangos sklidimą svarbi ne tik tiesi linija tarp palydovo ir antenos, bet ir erdvė aplink ją. Į pirmąją Frenelio zoną patekusi kliūtis gali paveikti signalą dar neužstodama tiesioginio matomumo.

Todėl vien vizualaus įvertinimo, kad virš antenos dangus atviras, ne visada pakanka. Tyrėjai stebėjo signalo silpnėjimą dar prieš kliūčiai uždengiant tiesioginę jo sklidimo liniją.

Ką parodė eksperimentas su metaliniu skydu?

Tyrimas atliktas Onsalos kosmoso observatorijoje Švedijoje. Naudoti du „Septentrio PolaRx5“ imtuvai su „Leica AR20“ antenomis, įrengtomis maždaug 10 m atstumu viena nuo kitos.

Prie vienos antenos tyrėjai pastatė 1 × 1 m metalinį skydą. Jo viršutinis kraštas buvo 80,6 cm aukščiau antenos fazinio centro. Skydas statytas 1–3 m atstumu nuo antenos, atstumą keičiant po 0,5 m. Į anteną atsukta jo pusė padengta radijo bangas sugeriančia medžiaga, siekiant sumažinti atspindžių poveikį.

Tyrėjai analizavo PPP metodu apskaičiuotas koordinates ir fazinių matavimų liekanas. PPP – GNSS padėties nustatymo metodas, kuriame naudojami tikslūs palydovų orbitų ir laikrodžių duomenys. Šiame tyrime rezultatai gauti apdorojant surinktus stebėjimus.

Tai buvo signalo sklidimo reiškinio tyrimas, o ne skirtingų GNSS RTK imtuvų palyginimas. Eksperimento įranga ir duomenų apdorojimas išsamiai aprašyti pirminio straipsnio metodikos dalyje.

Kaip pasikeitė apskaičiuota padėtis?

Kai skydas stovėjo už 1 m nuo antenos, PPP metodu apskaičiuotos padėties standartinis nuokrypis šiaurės–pietų kryptimi siekė 18,9 mm. Tai maždaug 2,9 karto daugiau negu matuojant be skydo. Taip pat nustatytas 11,5 mm sisteminis poslinkis į pietus, palyginti su laikotarpiu be kliūties. Abu rodikliai pateikti tyrimo PPP rezultatų analizėje.

Šie rodikliai nusako skirtingus dalykus: standartinis nuokrypis parodo rezultatų sklaidą, o sisteminis poslinkis – jų vidurkio pasislinkimą pasirinktos atskaitos atžvilgiu.

Šių rezultatų negalima pateikti kaip universalaus RTK imtuvo tikslumo prie pastato ar nepriklausomų RTK patikros taškų tikslumo. Tyrime nebuvo vertinami GeoMP parduodami modeliai. Poveikį RTK matavimams realiomis darbo sąlygomis autoriai nurodo kaip būsimų tyrimų kryptį.

Kodėl mažos PDOP reikšmės nepakanka?

PDOP apibūdina palydovų išsidėstymo įtaką padėties nustatymui. Maža jo reikšmė paprastai reiškia palankią geometriją, tačiau neparodo visų vietinių signalo iškraipymų.

Eksperimente PDOP išliko artimas 1 net tada, kai skydas veikė fazinius matavimus. Palankus palydovų išsidėstymas ir kokybiški signalai nėra tas pats. Šį skirtumą autoriai pabrėžia aptardami eksperimento rezultatus.

Todėl vertinant matavimo patikimumą reikia atsižvelgti ir į antenos aplinką bei nepriklausomos patikros rezultatus.

Kokį atstumą palikti iki kliūties?

Vieno visoms situacijoms tinkamo atstumo nėra. Tyrimo autoriai pasiūlė orientacinę rekomendaciją: žiūrint nuo antenos, kliūties viršutinis kraštas turėtų būti ne aukščiau kaip maždaug 11° virš horizontalės.

Tyrime naudotam maždaug 0,8 m aukščio skirtumui tai atitiktų apie 4 m horizontalų atstumą. Tačiau 4 m atstumas nebuvo atskirai išbandytas – tai autorių rekomendacija, paremta tyrimo rezultatais.

Rekomendacija pirmiausia siejama su tirta L1 signalo ir plono metalinio skydo situacija. Jos taikymas priklauso nuo signalo dažnio, antenos, kliūties formos ir aplinkos. 11° nėra universalus GNSS matavimų standartas ar garantija, kad paklaidų neliks. Ribotumai paaiškinti tyrimo aptarime ir išvadose.

Ką GeoMP siūlo patikrinti praktiškai?

Toliau pateikiamas bandymo pasiūlymas, o ne jau atliktas GeoMP tyrimas ar oficialus standartas.

Pasirinkite kontrolinius taškus, kurių koordinatės nustatytos nepriklausomai nuo tikrinamo GNSS matavimo. Vienas taškas galėtų būti atviroje vietoje, kiti – prie jūsų darbuose įprastų kliūčių. Šie taškai neturi būti naudojami tikrinamų rezultatų transformacijai ar koregavimui apskaičiuoti.

Kontrolinės ir matuojamos koordinatės turi būti pateiktos tose pačiose koordinačių bei aukščių sistemose. Kontrolinių taškų nustatymo neapibrėžtis turi būti pakankamai maža, palyginti su konkrečiam darbui leistina paklaida.

Kiekviename taške siūlome atlikti bent penkis matavimus, tarp jų pagal imtuvo instrukciją iš naujo inicializuojant RTK sprendinį. Užrašykite antenos aukštį, laiką, korekcijų šaltinį, palydovų skaičių, PDOP, koordinates ir sprendinio būseną. Atskirai pažymėkite, per kiek laiko pasiekta FIX būsena – fiksuotas RTK sprendinys.

Palyginkite horizontalų ir aukščio nuokrypį nuo kontrolinių koordinačių bei pakartotinių rezultatų sklaidą. Išsaugokite ir nesėkmingus bandymus. Antenos aplinką užfiksuokite nuotraukoje, o neapdorotus GNSS stebėjimus išsaugokite, jeigu įranga tai leidžia.

Penki pakartojimai būtų pirminė patikra, ne išsamus patikimumo įrodymas. Toks bandymas parodytų bendrą matavimo rezultatą, tačiau neleistų atskirai nustatyti, kiek paklaidos sukėlė difrakcija, o kiek – kitos priežastys.

Dažniausi klausimai

Ar daugiau palydovų pašalina difrakcijos poveikį?

Ne savaime. Palydovų skaičius ir jų išsidėstymas nepanaikina kliūties poveikio konkrečiam signalui. Todėl siūlome vertinti ne vien imtuvo rodiklius, bet ir nepriklausomos patikros rezultatus.

Ar reikia padidinti minimalų palydovų aukščio kampą?

Nebūtinai. Atmetus daugiau palydovų gali pablogėti jų geometrija. Autoriai pabrėžia, kad viena aukščio kampo riba netinka visoms kliūtims ir matavimo sąlygoms.

Ar tyrimas parodo, kuris GNSS imtuvas geriausias?

Ne. Skirtingų gamintojų GNSS RTK imtuvai šiame eksperimente nebuvo lyginami.

Ar pakartotiniai matavimai pakeičia nepriklausomą kontrolę?

Siūlomame patikros protokole jų nelaikome pakaitalu. Artimi pakartotiniai rezultatai gali turėti bendrą sisteminį poslinkį, todėl siūlome tikrinti ir jų sutapimą su nepriklausomomis kontrolinėmis koordinatėmis.

Svarbiausia praktinė išvada

Vertinant atsakingą matavimą svarbu ne tik tai, ką rodo imtuvo ekranas, bet ir tai, kokiomis sąlygomis gautas rezultatas.

Prie pastatų, metalinių konstrukcijų ar didelės technikos siūlome iš anksto numatyti patikros būdą. Kai GNSS matavimo patikimumo užtikrinti nepavyksta, verta rinktis kitą matavimo metodą, pavyzdžiui, matavimus tacheometru.

Dėl GNSS įrangos pasirinkimo ir praktinio išbandymo galima konsultuotis su GeoMP. Asortimente galite peržiūrėti Hi-Target V500 ir Hi-Target V600L Laser RTK, o prieš įsigydami įrangą – apsvarstyti geodezinės įrangos nuomą. Šios komercinės nuorodos nėra tyrimo rezultatų šaltiniai.

Įrangos apžiūra ir demonstracijos vyksta Kėdainiuose, iš anksto suderinus. Kontaktai: info@geomp.lt, +370 600 89432.

Tyrimo šaltinis ir interesų atskleidimas

Uttama Dutta, Jan M. Johansson, Rüdiger Haas, Sten E. G. Bergstrand ir Carsten Rieck. Experimental characterization of GNSS carrier phase diffraction errors in a controlled environment. „GPS Solutions“, 30, straipsnis 195. Paskelbta 2026 m. spalio 6 d. DOI: 10.1007/s10291-026-02138-1.

Autoriai susiję su Chalmerso technologijos universitetu ir Švedijos RISE tyrimų institutu. Nurodytas RISE ir „Trafikverket“ finansavimas, įrangą suteikė „Lantmäteriet“. Autoriai deklaruoja neturintys interesų konflikto. Tai recenzuotas mokslinis darbas, ne gamintojo produkto pristatymas.

Originalus tyrimas skelbiamas pagal CC BY 4.0 licenciją. Šis GeoMP tekstas – savarankiškas lietuviškas paaiškinimas ir praktiniai pasiūlymai, ne pažodinis tyrimo vertimas. Tyrimo lentelės ir iliustracijos neperpublikuojamos.