Investigation on the Effect of GPS and GLONASS Constellation Use on the Accuracy of Point Positioning in PPP Method

Öz

After the completion of the GLONASS (GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema or GLObal NAvigation Satellite System) which was developed by Russian Federation and making it service as second running system all over the world after GPS, satellite based geodetic studies have been focused on integration of GPS and GLONASS systems. It is possible to determine the position and/or increase the accuracy and reliability by receiving more data from the satellites especially for the forested lands, urban canyons, open mine areas and valleys etc. which have inadequate number of satellites or weak signals. Nowadays, development in satellite technology and dazzling progress in data processing and analysis allows to point positioning within cm to dm level with only a single GNSS receiver. It is possible to make positioning by using the method called as Precise Point Positioning (PPP) in static or kinematic mode using precise orbit and clock data without being in need of any data other than collected with a single receiver. Until recently, PPP-derived coordinates were obtained by only scientific GNSS processing software but now it is possible to obtain a result with the software that universities or institutes coded or commercial software. However, all these programs require GNSS knowledge and generally requires licensing fee. Recently, many on-line PPP processing services which eliminates the disadvantages and have practical usage have been started to be used. One of these services, CSRS-PPP(Canadian Spatial Reference System-Precise Point Positioning) attracts attention with its accuracy and ease of use. In this study, static measurements were performed with the receivers which can collect data from GPS and GLONASS satellite systems at the geodetic points from intense residential areas in Çorum city region, mostly around the city center. Collected data was evaluated separately by GPS and by GPS+GLONASS integrated systems with CSRS-PPP service operated by Canada. The PPP-derived coordinates were compared with the ones obtained by differential method (accepted as accurate coordinates). In order to investigate the effect of Rapid and Final precise products (with have different latency) on the result, the data was uploaded to the system after finishing the measurements and again just after several weeks, and the results were compared. In this study, the test procedure and obtained results are discussed. Keywords : GPS, GLONASS, Precise Point Positioning (PPP), CSRS-PPP, on-line PPP.

Anahtar Kelimeler

• GPS, GLONASS, Precise Point Positioning (PPP), CSRS-PPP, on-line PPP

PPP Yönteminde GPS ve GLONASS Uydularının Kullanımının Nokta Konum Doğruluğuna Etkisinin Araştırılması

Öz

Rusya Federasyonu tarafından geliştirilmiş bir küresel uydu konum belirleme sistemi olan GLONASS’ın (GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema veya GLObal NAvigation Satellite System) tamamlanması ve GPS’ den sonra ikinci çalışır halde ve tüm dünyayı kapsayacak şekilde hizmet vermesi ile uydu tabanlı jeodezik çalışmalar, GPS ve GLONASS sistemlerinin birlikte kullanılmasına yönelmiştir. Özellikle uydu sayısının yeterli olmadığı veya sinyal kalitesinin zayıf olduğu ormanlık alanlar, yüksek katlı binaların bulunduğu bölgeler, açık maden işletmeleri, vadi vb. ortamlarda daha fazla uydudan veri alınması sayesinde yüksek doğruluk ve güvenirlikle konum belirlemek mümkün olabilmektedir. Günümüzde uydu teknolojisindeki gelişmeler ile, veri işleme ve analizindeki baş döndürücü ilerlemeler sonucunda tek bir alıcı ile cm-dm arasında değişen doğruluklarla konum belirlemek artık mümkün hale gelmiştir. Hassas Nokta Konumlama (Precise Point Positioning - PPP) yöntemi adı verilen ve her geçen gün yoğun bir kullanım alanı bulan yöntem ile başta hassas yörünge ürünleri kullanılarak ve diğer bazı düzeltmeler yapılarak, tek bir GNSS alıcısı ile toplanan veriden başka hiçbir veriye gereksinim duymaksızın statik veya kinematik olarak yüksek doğrulukta konum belirlenebilmektedir. Yakın bir zamana kadar sadece bilimsel GNSS değerlendirme yazılımları ile PPP koordinatları elde edilebilirken, günümüzde üniversite veya enstitülerin kodladıkları programlarla veya ticari GNSS değerlendirme yazılımları ile de sonuç almak mümkün hale gelmiştir. Ancak tüm bu programlar belirli bir düzeyde GNSS bilgisi gerektirmekte olup, çoğunlukla da lisanslama ücreti gerektirmektedir. Son zamanlarda bu dezavantajları ortadan kaldıran ve oldukça pratik kullanıma sahip olan pek çok on-line PPP değerlendirme servisleri hizmete girmiştir. Bu servislerden biri olan CSRS-PPP (Canadian Spatial Reference System-Precise Point Positioning) servisi sağladığı doğruluk ve kolay kullanımı ile dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, Çorum ilinde olabildiğince şehir merkezinde, yoğun yerleşimin olduğu bölgelerde seçilmiş jeodezik noktalarda GPS ve GLONASS uydu sistemlerinden veri toplayabilen alıcılarla statik ölçmeler yapılmıştır. Toplanan veriler Kanada tarafından işletilen CSRS-PPP servisiyle yalnızca GPS ve GPS+GLONASS verileri kullanılarak ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Elde edilen koordinatlar noktaların statik ölçmelerle toplanan verilerin diferansiyel yöntemle elde edilen ve doğru olarak kabul edilen koordinatlarıyla karşılaştırılmıştır. Farklı sürelerde elde edilen Hızlı (Rapid) ve Nihai (Final) hassas yörünge ve saat bilgilerinin sonuca etkisini incelemek için de veriler, ölçmeler bittikten hemen sonra ve final yörünge bilgisinin elde edildiği birkaç hafta sonrasında tekrar sisteme yüklenmiş ve elde edilen sonuçlar ayrı ayrı karşılaştırılmıştır. Yayında, bu kapsamda yapılan çalışmalar verilmiş, elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Anahtar Kelimeler: GPS, GLONASS, Hassas Nokta Konumlama, CSRS-PPP, on-line PPP.

Anahtar Kelimeler

• GPS, GLONASS, Hassas Nokta Konumlama, CSRS-PPP, on-line PPP

Kaynakça

1. Cai, C. and Gao, Y., (2007). Precise Point Positioning Using Combined GPS and GLONASS Observations, Journal of Global Positioning Systems, 6 (1), 13-22.
2. Azab, M., El-Rabbany, A., Shoukry, M.N. and Khalil, R., (2011). Precise Point Positioning Using Combined GPS/GLONASS Measurements, Proc. of the FIG Working Week 2011, 18-22 May, Marrakech, Morocco.
3. Rizos, C., Janssen, V., Roberts, C. and Grinter, T., (2012). Precise Point Positioning: Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an End ?, Proc. on FIG Working Week 2012, 6-10 May 2012, Rome, Italy.
4. Anquela, A.B., Martin, A., Berné, J.L. and Padín, J., (2013). GPS and GLONASS Static and Kinematic PPP Results, Journal of Surveying Engineering, 139 (1), 47-58.
5. Chen, J., Xiao, P., Zhang, Y. and Wu, B., (2013). GPS/GLONASS System Bias Estimation and Application in GPS/GLONASS Combined Positioning, Proc. of the China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2013, Lecture Notes in Electrical Engineering 244, DOI:10.1007/978-3-642- 37404-3-29, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.
6. Alkan, R.M., İlçi, V. and Ozulu, İ.M., (2014). Performance Analysis of PPP Technique Using GPS- only and GPS+GLONASS in Urban Environment, Proc. of the Melaha 2014 Resilience Navigation, Alexandria, Egypt.
7. GLONASS+GPS: Advantages, http://www.glonass.it/eng/glonass-advantages.aspx, [19 Eylül 2014]
8. Zumberge, J.F., Heflin, M.B., Jefferson, D.C., Watkins, M.M. and Webb, F.H., (1997). Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Networks, Journal of Geophysical Research, 102(B3), 5005-5017.

9. Kouba, J. and Héroux, P., (2001). Precise Point Positioning Using IGS Orbit and Clock Products, GPS Solutions, 5 (2), 12–28.
10. Gao, Y. and Shen, X., (2002). A New Method for Carrier-Phase–Based Precise Point Positioning, Navigation, 49 (2), 109–116.
11. Kouba, J., (2003). A Guide to Using International GPS Service (IGS) Products, IGS Central Bureau, February 2003, Available from: http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/resource/pubs/GuidetoUsingIGSProducts.pdf. [16 Ekim 2013].
12. Choy, S.L., Zhang, K., Silcock, D. and Wu, F., (2007). Precise Point Positioning – A Case Study in Australia, Proc. of Spatial Sciences Institute International Conference-SSC2007, Tasmania, Australia, 192–202.
13. Geng, J., Teferle, F.N., Meng, X. and Dodson, A.H., (2010). Kinematic Precise Point Positioning at Remote Marine Platforms, GPS Solutions, 14 (4), 343–350.
14. van Bree, R.J.P. and Tiberius, C.C.J.M., (2012). Real-Time Single-Frequency Precise Point Positioning: Accuracy Assessment, GPS Solutions, 16 (2), 259–266.
15. Alkan, R.M. and Öcalan, T., (2013). Usability of GPS Precise Point Positioning (PPP) Technique in Marine Applications, Journal of Navigation, 66 (4), 579-588.
16. The International GNSS Service (IGS), IGS Products. http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html, [10 Ağustos 2014].