Performance Analysis of Precise Point Positioning (PPP) Technique in Antarctica Continent

Year 2020, , 844 - 856, 30.11.2020

Serdar Erol , Bilal Mutlu , Bihter Erol , Serkan Katıgöz , Reha Metin Alkan

https://doi.org/10.35414/akufemubid.761692

Cited By: 3

Abstract

It is of great importance to observe the climate changes that occur in the polar regions with the effect of global warming, to better reveal the atmospheric physics, and to continuously monitor the deformations and tectonic movements in the glaciers. In this context, GNSS (Global Navigation Satellite System) and remote sensing satellites are widely used in the monitoring of global disasters. As one of the most fundamental components of GNSS, GPS satellites have inclined orbits 55 with respect to the equator, therefore around the zenith direction the satellite observations are limited in the polar regions. Also, the daylight duration and weather conditions vary greatly in the polar regions in summer and winter times. For these reasons, eliminating the effects of atmospheric errors on GPS measurements in polar regions is much more crucial. In this study, the performance of PPP technique in Antarctica Continent was investigated. For this purpose, the daily observations with 30-second sampling rates from different seasons belong to HUGO and HOWE continuous GPS stations of UNAVCO in the Continent, were processed with static and kinematic PPP methods. In the study, Canadian Spatial Reference System-Precise Point Positioning (CSRS-PPP) online service, and RTKLIB, an open source academic software, were used. In results of the study, it is seen that the coordinates obtained with PPP technique have differences with the known coordinates of the points obtained from the AUSPOS online relative positioning service are in millimeter for static solutions and in centimeter for kinematic solutions, respectively.

Keywords

Antarctica, GNSS, Precise Point Positioning, PPP, Troposphere, Ionosphere

Antarktika Kıtasında Hassas Nokta Konumlama (Precise Point Positioning-PPP) Tekniğinin Performansının İncelenmesi

Abstract

Küresel ısınmanın etkisi ile kutup bölgelerinde meydana gelen iklim değişikliklerinin takibi, atmosfer fiziğinin daha iyi ortaya konulabilmesi, buzullardaki deformasyonların ve tektonik hareketlerin sürekli olarak izlenmesi büyük bir öneme sahiptir. Bu kapsamda GNSS (Global Navigation Satellite System-Küresel Navigasyon Uydu Sistemi) ve uzaktan algılama uyduları küresel çaptaki afetlerin izlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. GNSS’i oluşturan uydu sistemlerinin en temel parçası olan GPS uydularının yörüngelerinin ekvatora göre 55 eğime sahip olmasından dolayı kutup bölgelerinde başucu doğrultusu çevresinde uydu gözlemleri kısıtlı olmaktadır. Ayrıca, kutup bölgelerinde yaz ve kış aylarında gün ışığı süresi ve hava koşulları büyük farklılıklar göstermektedir. Bu nedenlerden dolayı kutup bölgelerinde yapılacak GPS ölçmelerine etki eden atmosfer kaynaklı hataların giderilmesi daha fazla önem arz etmektedir. Bu çalışma kapsamında PPP tekniğinin Antarktika Kıtasındaki performansı araştırılmıştır. Bu amaçla, Antarktika Kıtasında UNAVCO’ya ait sürekli gözlem yapan HUGO ve HOWE sabit GPS istasyonlarına ait farklı mevsimlerdeki 30 saniye aralıklı günlük gözlem verileri statik ve kinematik PPP yöntemiyle değerlendirilmiştir. Çalışmada, günümüzün en yaygın kullanılan online GNSS değerlendirme servislerinden birisi olan Canadian Spatial Reference System-Precise Point Positioning (CSRS-PPP) servisi ve açık kaynak kodlu akademik bir yazılım olan RTKLIB kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonuçlarına göre PPP tekniği ile elde edilen koordinatların, AUSPOS online rölatif konumlandırma servisi ile elde edilen ve bilinen olarak kabul edilen koordinatlarla statik çözümlerde milimetre, kinematik çözümlerde ise santimetre mertebesinde farklara sahip olduğu görülmüştür.

Keywords

Antarktika, GNSS, Hassas Nokta Konumlama, PPP, Troposfer, İyonosfer

References

• Alkan, R.M., Erol, S., İlçi, V., Ozulu, I.M. (2020). Comparative Analysis of Real-time Kinematic and PPP techniques in Dynamic Environment. Measurement, Volume 163, No. 107995; https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.107995
• Alkan, R.M. ve Erol, S. (2019). A Research on the Usability of Precise Point Positioning Method in Antarctica (Hassas Nokta Konumlama Yöntemi’nin Antarktika’da Kullanılabilirliği Üzerine Bir Araştırma). 3. Ulusal Kutup Bilimleri Çalıştayı, Ankara-Türkiye, 5 Eylül 2019, 37-38.
• Anderle, R.J. (1976). Satellite Doppler Positioning. International Geodetic Symposium, A77-47370 22-43, Las Cruces-New Mexico-ABD, 12-14 Ekim 1976, 47-75.
• Bezcioğlu, M., Yigit, C.Ö. & Bodur, M. (2019). Kinematik PPP-AR ve Geleneksel PPP Yöntemlerin Performanslarının Değerlendirilmesi: Antarktika Yarımadası Örneği. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(1), 162-169; Doi: 10.35414/akufemubid.467336.
• Bahadur, B. & Üstün, A. (2014). İnternet Tabanlı GNSS Veri Değerlendirme Servisleri. Harita Dergisi, 152, 40-50.
• Choy, S., Bisnath, S., Rizos, C. (2017). Uncovering Common Misconceptions in GNSS Precise Point Positioning and its Future Prospect. GPS Solution, 21(1), 13–22.
• DeSanto, J.B., Chadwell, C.D., Sandwell, D.T. (2019). Kinematic Post-Processing of Ship Navigation Data Using Precise Point Positioning. Journal of Navigation, 72(3), 795–804.
• Donahue, B., Hassen, E., and Banville, S. (2018). CSRS-PPP Transitioning to a Modernized Positioning Service in Canada. Canadian Geodetic Survey, Natural Resources Canada. ACLS Webinar, June 13, 2018. Available at: http://www.acls-aatc.ca/wp-content/uploads/2018/06/CSRS-PPP-Transition-Plan-2018-ACLS-webinar.pptx [15.06.2020].
• Gao, Y. (2015). Precise Point Positioning (PPP). In: Grafarend E. (eds) Encyclopedia of Geodesy. Springer, Cham; https://doi.org/10.1007/978-3-319-02370-0_13-1
• Huang, Z. and Roussel-Dupré R. (2005). Total Electron Content (TEC) Variability at Los Alamos, New Mexico: A Comparative Study: FORTE-derived TEC Analysis, Radio Science, 40(6), RS6007, https://doi.org/10.1029/2004RS003202
• Kouba, J. & Héroux , P. (2001). GPS Precise Point Positioning Using IGS Orbit and Clock Products. GPS Solutions, 5(2), 12-28; https://doi.org/10.1007/PL00012883
• Krasuski, K., Cwiklak, J., Jafernik, H. (2018). Aircraft Positioning Using PPP Method in GLONASS System. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 90(9), 1413–1420; https://doi.org/10.1108/AEAT-06-2017-0147
• Li, B., Ge, H., Ge, M., Nie, L., Shen, Y., Schuh, H. (2019). LEO Enhanced Global Navigation Satellite System (LeGNSS) for Real-time Precise Positioning Services. Advances in Space Research, 63(1), 73-93; https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.08.017
• Yuan, L. L., Anthes, R. A., Ware, R. H., Rocken, C., Bonner, W. D., Bevis, M. G., & Businger, S. (1993). Sensing Climate Change Using the Global Positioning System. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 98(D8), 14925-14937; https://doi.org/10.1029/93JD00948
• Zumberge, J.F., Heflin, M.B., Jefferson, D.C., Watkins, M.M., & Webb, F.H. (1997). Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Networks. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 102(B3), 5005-5017; https://doi.org/10.1029/96JB03860
• 1- Australian Antarctic Division, About Antarctica. http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica (15.06.2020).
• 2- Natural Resources Canada, Precise Point Positioning. https://webapp.geod.nrcan.gc.ca/geod/tools-outils/ppp.php (15.06.2020).
• 3- AUSPOS - Online GPS Processing Service. http://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigation/geodesy/auspos (15.06.2020).
• 4- RTKLIB: An Open Source Program Package for GNSS Positioning. http://www.rtklib.com/ (15.06.2020)