dc.contributor.advisor | Nohutcu, Metin | |
dc.contributor.author | Bahadur, Berkay | |
dc.date.accessioned | 2021-10-13T08:23:18Z | |
dc.date.issued | 2021-06-02 | |
dc.date.submitted | 2021-06-02 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/25560 | |
dc.description.abstract | In recent years, the Global Navigation Satellite System (GNSS) community has experienced dramatic changes with the influence of global technological trends, such as digitalization, big data, artificial intelligence, unmanned aerial vehicles, autonomous cars, mobile and wearable technologies, etc. The requirement for instantaneous positioning solutions driven by mainly up-to-date technological trends has had considerable importance nowadays like never before. As a consequence, there has recently been growing attention to achieve higher positioning accuracy in real-time with more cost-effective GNSS solutions. In order to respond the increasing requirement, so many efforts have been made recently to enhance the existing positioning models. At this point, absolute positioning techniques have taken significant interest from the GNSS users for a long time since they eliminate the requirement of the simultaneous reference station and therefore provide cost-effectiveness and operational simplicity compared to the relative/differential GNSS positioning techniques. Furthermore, absolute positioning techniques are naturally compatible with the low-cost GNSS receivers, most of which are in mobile devices. Although the great majority of low-cost GNSS chipsets are able to provide only single-frequency observations, some chipset manufacturers have released new low-cost models which can record dual-frequency code and phase observations. To achieve higher positioning accuracy more cost-effectively, more complicated and enhanced approaches are required for real-time absolute GNSS positioning techniques. In this context, the main objective of this thesis is to provide enhanced positioning approaches for real-time absolute GNSS positioning techniques, taking single- and dual-frequency GNSS receivers into consideration. For this purpose, two fundamental positioning approaches were proposed in this thesis to be employed with three absolute GNSS positioning techniques, namely single-frequency code pseudorange positioning, single-frequency code-phase combination, and dual-frequency Precise Point Positioning (PPP) solutions. While the first approach was designed to work with real-time service (RTS) products of the International GNSS Service (IGS), ultra-rapid products are the fundamental orbit and clock source for the second approach. Both positioning approaches are compatible with the multi-GNSS solution that contains GPS, GLONASS, Galileo, and BDS satellites. On the other side, this thesis proposed a novel filtering method that integrates the robust Kalman filter and variance component estimation methods for real-time absolute GNSS positioning techniques. Besides, to perform the proposed positioning approaches and algorithms, a GNSS analysis software, which is named PPPH-RT, was developed as a part of this thesis. Several experimental tests were conducted to evaluate the performance of enhanced positioning approaches. All positioning processes were performed in kinematic mode as being compatible with real-time conditions. The results showed that the positioning performance of real-time absolute positioning techniques employing ultra-rapid products can be improved with the proposed positioning approach. Employment of WHU (Wuhan University) ultra-rapid products which have an update interval of 1 hour in the multi-GNSS solution provided better positioning performance for all real-time positioning techniques. The results also indicated that ultra-rapid products with the enhanced positioning approaches are an important alternative for real-time positioning solutions, especially considering that they can be employed without any additional connection. On the other hand, the results demonstrated that the enhanced positioning approach with IGS-RTS products provides better positioning performance for all real-time absolute GNSS positioning techniques when compared with ultra-rapid products. In addition, unlike ultra-rapid products, there was not any time-dependent deterioration in the positioning performance obtained from the IGS-RTS products. However, one drawback of the IGS-RTS products is the requirement of an external connection. Moreover, when the performance of the proposed filtering method was analyzed, it is understood that the proposed filtering method is able to handle stochastic properties of multi-GNSS observations better than conventional approaches and improves the positioning performance of real-time absolute GNSS positioning solutions considerably. Compared with the traditional filtering approach which contains a standard Kalman filter with the weighting scheme depending on higher variance ratios, the proposed filtering method improves the 3D positioning accuracy of real-time single-frequency code pseudorange positioning, single-frequency code-phase combination, and dual-frequency PPP solutions by 52.5%, 24.8%, and 43.9%, respectively. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Absolute GNSS positioning | tr_TR |
dc.subject | Real-time | tr_TR |
dc.subject | Multi-GNSS | tr_TR |
dc.subject | Ultra-rapid products | tr_TR |
dc.subject | IGS-RTS products | tr_TR |
dc.subject | Robust Kalman filter | tr_TR |
dc.subject | Variance component estimation | tr_TR |
dc.title | Enhancement of Real-time Absolute GNSS Positioning Performance | tr_TR |
dc.title.alternative | Gerçek-zamanlı Mutlak GNSS Konumlama Performansının İyileştirilmesi | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Küresel Navigasyon Uydu Sistemi (GNSS) topluluğu, dijitalleşme, büyük veri, yapay zeka, insansız hava araçları, otonom arabalar, mobil ve giyilebilir teknolojiler gibi küresel teknolojik akımların etkisiyle son yıllarda önemli değişiklikler yaşamaktadır. Çoğunlukla bu güncel teknolojik akımlar tarafından yönlendirilen anlık konum belirleme çözümlerine olan ihtiyaç bugünlerde geçmişte hiç olmadığı kadar önem arz etmektedir. Bunun bir sonucu olarak son zamanlarda daha uygun maliyetli GNSS çözümleri ile gerçek-zamanlı olarak daha yüksek konum belirleme doğruluğuna erişebilmek için artan bir ilgi mevcuttur. Artan ilgiye cevaben mevcut konum belirleme modellerini iyileştirmek amacıyla son zamanlarda yoğun gayret sarf edilmiştir. Bu noktada, eşzamanlı referans istasyon ihtiyacını ortadan kaldırması ve bu sayede rölatif ve/veya diferansiyel GNSS konum belirleme tekniklerine kıyasla daha uygun maliyet ve uygulama kolaylığı sağlaması nedeniyle mutlak konum belirleme teknikleri uzun süredir GNSS kullanıcıları tarafından büyük ilgi görmektedir. Dahası, mutlak konum belirleme teknikleri çoğunluğu mobil cihazlarda bulunan düşük maliyetli GNSS alıcıları ile doğal olarak uyumludur. Düşük maliyetli GNSS alıcılarının büyük çoğunluğu yalnızca tek frekanslı gözlemleri sağlayabilse de bazı üreticiler çift frekanslı kod ve faz gözlemlerini kaydedebilen yeni düşük maliyetli alıcı modellerini yakın geçmişte piyasaya sürmüşlerdir. Daha uygun maliyetle daha yüksek konum belirleme doğruluğuna erişebilmek için gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme tekniklerinde daha karmaşık ve gelişmiş yaklaşımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kapsamda, bu tezin temel amacı tek ve çift frekanslı GNSS alıcılarını düşünerek gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme teknikleri için gelişmiş konum belirleme yaklaşımları sağlamaktır. Bu amaçla, bu tezde tek frekanslı kod konumlama, tek frekanslı kod-faz kombinasyonu ve çift frekanslı hassas nokta konumlama (Precise Point Positioning, PPP) olmak üzere üç mutlak konum belirleme tekniğiyle birlikte kullanılmak için iki temel konum belirleme yaklaşımı önerilmiştir. İlk yaklaşım Uluslararası GNSS Servisi'nin (International GNSS Service, IGS) gerçek-zamanlı servis (Real-time Service, RTS) ürünleriyle çalışmak üzere tasarlanırken, ikinci yaklaşım için ultra-hızlı ürünler temel uydu yörünge ve saat kaynağı olarak kullanılmıştır. Her iki yaklaşım da GPS, GLONASS, Galileo ve BDS uydularını içeren çoklu-GNSS çözümüyle uyumludur. Diğer taraftan, bu tez gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme teknikleri için robust Kalman filtresi ve varyans bileşen tahmini yöntemlerini birleştiren yeni bir filtreleme metodu önermektedir. Ek olarak, önerilen konum belirleme yaklaşımlarını ve algoritmalarını uygulayabilmek için PPPH-RT adlı bir GNSS analiz yazılımı da bu tez kapsamında geliştirilmiştir. Gelişmiş konum belirleme yaklaşımlarının performansını değerlendirmek amacıyla çeşitli deneysel testler gerçekleştirilmiştir. Tüm konum belirleme çözümleri, gerçek-zaman koşullarına uygun olacak şekilde kinematik işleme modunda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, ultra-hızlı ürünleri kullanan gerçek-zamanlı mutlak konum belirleme tekniklerinin performansının önerilen yaklaşımla iyileştirilebileceğini göstermektedir. Çoklu-GNSS çözümünde, 1 saatlik yineleme periyoduna sahip WHU (Wuhan University) ultra-hızlı ürünlerinin kullanılması tüm gerçek-zamanlı konum belirleme teknikleri için daha iyi konum belirleme performansı sağlamıştır. Ayrıca sonuçlar, özellikle herhangi bir ilave bağlantı gerektirmeden çalışabildikleri göz önüne alındığında gelişmiş konum belirleme yaklaşımları ile ultra-hızlı ürünlerin gerçek-zamanlı konum belirleme çözümleri için önemli bir alternatif olduğunu ortaya koymuştur. Öte yandan, sonuçlar gelişmiş konum belirleme yaklaşımları ile IGS-RTS ürünlerinin, ultra-hızlı ürünlere kıyasla tüm gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme teknikleri için daha bir iyi konum belirleme performansı sergilediğini göstermektedir. Ayrıca, ultra-hızlı ürünlerin aksine IGS-RTS ürünlerden elde edilen konum belirleme performansında herhangi bir zamana bağlı kötüleşme olmamıştır. Yine de ek bir bağlantıya duyulan ihtiyaç IGS-RTS ürünler için bir dezavantaj olarak görülebilir. Diğer taraftan, önerilen filtreleme metodun performansı incelendiğinde sonuçlar bu metodun çoklu-GNSS gözlemlerinin stokastik özelliklerini geleneksel yaklaşımlara göre daha iyi bir şekilde belirleyebildiğini ve bu sayede gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme çözümlerinin performansını önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir. Standart Kalman filtresi ve daha yüksek öncül varyans oranı yöntemini içeren geleneksel filtreleme yaklaşımı ile kıyaslandığında önerilen yöntem, gerçek-zamanlı tek frekanslı kod konumlama, tek frekanslı kod-faz kombinasyonu ve çift frekanslı PPP çözümlerinin üç boyutlu konum belirleme doğruluğunu sırasıyla %52,5, %24,8 ve %43,9 oranında iyileştirmiştir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Geomatik Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2021-10-13T08:23:18Z | |
dc.funding | TÜBİTAK | tr_TR |