GNSS alıcılarındaki saat sıçramalarının hassas nokta konumlama (PPP) performansına etkisinin araştırılması

Year 2019, Volume: 6 Issue: 2, 87 - 95, 01.11.2019

Berkay Bahadur Metin Nohutcu

https://doi.org/10.9733/JGG.2019R0008.T

Abstract

GNSS (Global Navigation
Satellite Systems) alıcılarında, GNSS uydularında kullanılan yüksek
hassasiyetli atomik saatlerin aksine, genellikle daha ekonomik saatler
kullanılmaktadır. Kristal osilatörlere sahip bu saatlerin kullanıldığı
alıcılar, kendi zaman ölçülerini GPS zamanı ile senkronize tutabilmek için iç
saat hataları belirli bir seviyenin üzerine çıktığında GNSS ölçülerine
periyodik düzeltmeler getirmektedir. Saat sıçraması (clock jump) olarak anılan
bu düzeltmeler, faz kesikliğinden farklı olarak alınan tüm sinyallerde eşit
miktarda ve milisaniyenin tam sayı katı olarak görülmektedir. Bu sıçramalar
GNSS alıcıları tarafından üretilen zaman, kod ve faz ölçülerini etkilemekte,
türü ve boyutu alıcıdan alıcıya farklılık göstermektedir. Özellikle kod ve faz
ölçülerinde farklı etkilere sahip olduğunda, bu sıçramalar saat süreksizliğine
neden olmakta ve tespit edilmediği durumlarda konum belirleme performansını
olumsuz yönde etkilemektedir. Saat sıçraması diferansiyel ve rölatif GNSS
tekniklerinde farklar yardımıyla ortadan kaldırıldığı için çoğunlukla göz ardı
edilmesine rağmen, Hassas Nokta Konumlama (Precise Point Positioning-PPP) gibi
mutlak konum belirleme tekniklerinde tespit edilip uygun bir şekilde
düzeltilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada öncelikle etki ettiği GNSS ölçü
türlerine göre farklı saat sıçraması tipleri tanıtılmıştır. Daha sonra GNSS
ölçülerindeki saat sıçramalarını tespit etmek ve gidermek için geliştirilen
algoritma detayları ile açıklanmıştır. Gerçek GNSS verileri kullanılarak
yapılan testler, ilgili algoritmanın saat sıçramalarının tespitinde başarı ile
kullanılabileceğini göstermiştir. Son olarak, saat sıçramalarının tespit
edilmediği durumlarda konum belirleme performansını nasıl etkilediğini
araştırmak amacıyla gerçekleştirilen test ve buradan elde edilen sonuçlar bu
çalışma kapsamında sunulmaktadır. Sonuçlar, saat sıçramalarının uygun bir
şekilde tespit edilmediği takdirde, özellikle PPP tekniğinin konum belirleme
performansını hem konum doğruluğu hem de tam sayı belirsizliği için geçen
yakınsama süresi açısından olumsuz yönde etkilediğini ortaya koymaktadır.

Keywords

GNSS, Saat Sıçraması, Hassas Nokta Konumlama

Investigation the impact of clock jumps in GNSS receivers on the performance of precise point positioning (PPP)

Abstract

The atomic clocks with cheap
internal oscillators are usually used in GNSS (Global Navigation Satellite
Systems) receivers rather than highly stable and accurate atomic clocks used in
GNSS satellites. In order to be synchronized with GPS time, the receivers
employing the atomic clocks equipped with crystal oscillators get periodical
corrections to the GNSS observations when internal clock offset exceeds a
threshold. These corrections so-called clock jumps are typically as an integer
number of milliseconds and their amount is the same for the whole received
signals, unlike the cycle slips. Since these clock jumps influence the time
tag, pseudorange and carrier phase measurements produced by GNSS receivers,
their types and amounts change from one receiver to another. Especially, when
the clock jumps have different effects on code and phase measurements, they
cause clock discontinuity and if they are not detected appropriately, they
negatively affect the positioning performance. Although the impact of clock
jumps is mostly ignored in differential and relative positioning techniques as
they are eliminated by using double-differences, it is required to detect and
repair clock jumps properly in absolute positioning techniques, such as Precise
Point Positioning (PPP). In this study, the types of clock jumps depending on
their effects on the measurements are introduced firstly. Then, the algorithm
developed to detect and repair the clock jumps is explained in details. The
experimental tests which include real GNSS data indicate that the algorithm can
successfully be used for detecting clock jumps. Finally, an additional test,
which is conducted to investigate how the positioning performance is influenced
when the clock jumps are not appropriately detected, and its results are
provided as a part of this study. The results present that if the clock jumps
are not detected properly, they affect the positioning performance of PPP
negatively in terms of positioning accuracy and convergence time.

Keywords

GNSS, Clock Jumps, Precise Point Positioning

References

• Bahadur, B., & Nohutcu, M. (2018). PPPH: a MATLAB-based software for multi-GNSS precise point positioning analysis. GPS Solutions, 22(4), 113.
• Grewal, M. S., Weill, L. R., & Andrews, A. P. (2007). Global positioning systems, inertial navigation, and integration. John Wiley & Sons.
• Guo, F., & Zhang, X. (2014). Real-time clock jump compensation for precise point positioning. GPS solutions, 18(1), 41-50.
• Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., & Wasle, E. (2007). GNSS–global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. Springer Science & Business Media.
• Kim, D., & Langley, R. B. (2001). Instantaneous real-time cycle-slip correction of dual frequency GPS data. Proceedings of the international symposium on kinematic systems in geodesy, geomatics and navigation, 255-264.
• Lonchay, M., Bidaine, B., & Warnant, R. (2011, September). An efficient dual and triple frequency preprocessing method for GALILEO and GPS signals. 3rd International Colloquium–Scientific and Fundamentals Aspects of the GALILEO Programme.
• Momoh, J. A., Bhattarai, S., & Ziebart, M. (2019). Receiver clock jump and cycle slip correction algorithm for single-frequency GNSS receivers. GPS Solutions, 23(2), 38.