Investigation of the Effects of Error Sources in Precise Point Positioning (PPP) Method on Positioning Performance: PPPH Software Example

Yıl 2023, Cilt: 5 Sayı: 2, 147 - 161, 31.12.2023

Nezih Furkan Erbaş , İbrahim Kalaycı

https://doi.org/10.47112/neufmbd.2023.15

Öz

In recent years, real-time and post-processing evaluation applications have become common with the Precise Point Positioning (PPP) method. It has been seen that the PPP method provides cost and time advantages by obtaining high position information at the level of dm/cm with a single GNSS receiver, without the need for one or more reference stations compared to other positioning techniques. Within the scope of the study, it was aimed to determine the effect of PPP error sources on point location accuracies by using PPPH software, which allows obtaining position information with the post-measurement-PPP (Post Processing, PP-PPP) technique. For this purpose, ten-day (3.04.2021-12.04.2021) observation data of BALK, SINP, YOZ1, IGR1 and ONIY TUSAGA-Aktif stations were analyzed. In evaluation used only-GPS satellite system preferably and without any reason, instead of multi-GNSS observations. The results obtained from the PPPH software were compared with the reference coordinate values of the CSRS-PPP service of the stations. Considering the root mean square error values in the study, an average position accuracy of 0.8 cm horizontally and 10.6 cm vertically was achieved in the tropospheric delay correction, while a position accuracy of 0.75 cm and 1.0 cm was achieved in the relativistic distance correction respectively. The obtained results clearly demonstrate that tropospheric delay correction has the most impact on the location accuracy of the error source, while relativistic distance correction has the least impact on the location accuracy of the error source

Anahtar Kelimeler

CSRS-PPP, PPPH, Trophospheric

Hassas Nokta Konumlama (PPP) Yöntemindeki Hata Kaynaklarının Konum Belirleme Performansı Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi: PPPH Yazılımı Örneği

Öz

Son yıllarda Hassas Nokta Konumlama (Precise Point Positioning, PPP) yöntemiyle gerçek zamanlı (real-time) ve ölçü sonrası(post processing) değerlendirme uygulamaları yaygın hale gelmiştir. PPP yönteminin diğer konum belirleme tekniklerine göre bir ya da daha fazla referans istasyonuna gerek duymadan, tek bir GNSS alıcısıyla dm/cm seviyesinde yüksek konum bilgisi elde edilerek maliyet ve zamandan avantaj sağladığı görülmüştür. Çalışma kapsamında ölçü sonrası-PPP (Post Processing, PP-PPP) tekniği ile konum bilgisi elde etmeye imkân sağlayan PPPH yazılımı kullanılarak PPP hata kaynaklarının nokta konum doğruluklarına etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla BALK, SINP, YOZ1, IGR1 ve ONIY TUSAGA-Aktif istasyonlarının on günlük (3.04.2021-12.04.2021) gözlem verileri analiz edilmiştir. Değerlendirmede çoklu-GNSS gözlemleri yerine, tercihen ve herhangi bir sebep olmaksızın sadece-GPS uydu sistemi kullanılmıştır. PPPH yazılımından elde edilen sonuçlar istasyonların CSRS-PPP servisinin referans koordinat değerleriyle karşılaştırılmıştır. Çalışmada karesel ortalama hata değerleri dikkate alınarak troposferik gecikme düzeltmesinde yatayda ortalama 0.8 cm ve düşeyde 10.6 cm konum doğruluğuna ulaşılırken, rölativistik mesafe düzeltmesinde sırasıyla 0.75 cm ve 1.0 cm konum doğruluğu elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar troposferik gecikme düzeltmesi hata kaynağının konum doğruluğunda en fazla etkiye, rölativistik mesafe düzeltmesi hata kaynağının ise konum doğruluğunda en az etkiye sahip olduğunu açıkça ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

CSRS-PPP, PPPH, Troposferik

Kaynakça

• S. Bisnath, Y. Gao, Current State of Precise Point Positioning and Future Prospects and Limitations, Observing Our hanging earth. 615-623133 (2008), 615-623. doi:10.1007/978-3-540-85426-5_71
• Y. Yao, R. Zhang, W. Song, C. Shi, Y. Lou, An improved approach to model regional ionosphere and accelerate convergence for precise point positioning, Advances in Space Research. 52 (2013), 1406-1415. doi:10.1016/j.asr.2013.07.020
• C. Ö. Yiğit, B. N. Özdemir, S. Alçay, A. Ceylan, CSRS-PPP Yazılımının Uzun Dönemli GNSS Zaman Serilerinin Oluşturulmasında ve Nokta Hızlarının Kestirilmesinde Kullanılabilirliği, Harita Dergisi. 82 (2016), 23-31.
• C. Cai, Y. Gao, L. Pan, J. Zhu, Precise point positioning with quad-constellations: GPS, BeiDou, GLONASS and Galileo, Advance in Space Research. 56 (2015), 133-143. doi:10.1016/j.asr.2015.04.001
• K. Su, S. Jin, Improvement of Multi-GNSS Precise Point Positioning Performances with Real Meteorological Data, Journal of Navigation. 71 (2018), 1-17. doi:10.1017/S0373463318000462
• C. Shi, Y. Lou, M. Ge, G. Shengfeng, An improved approach to model ionospheric delays for single-frequency Precise Point Positioning, Advances in Space Research. 49 (2012), 1698-1708. doi:10.1016/j.asr.2012.03.016
• M. Kahveci, GPS/GNSS Gözlemlerini Değerlendirme Yöntemlerinde Son Gelişmeler. Jeodezi, Jeoinformasyon ve Arazi Yönetimi Dergisi. 102 (2010), 3-9.
• P. Li, X. Zhang, Integrating GPS and GLONASS to accelerate convergence and initialization times of precise point positioning, Article in GPS Solutions. 18 (2014), 461-471. doi:10.1007/s10291-013-0345-5
• M. Malinowski, J. Kwiecień, A Comparative Study of Precise Point Positioning (PPP) Accuracy Using Online Services, Reports on Geodesy and Geoinformatics. 102 (2016), 15-31. doi:10.1515/rgg-2016-0025
• S. Bolbol, A. H. Ali, M. S. Elsayed, M. Nasr, Performance Evaluation of Precise Point Positioning (PPP) Using CSRS-PPP Online Service, American Journal of Geographic Information System. 6 (2017), 156-167. doi:10.5923/j.ajgis.20170604.03
• B. Bahadur, M. Nohutcu, Türkiye ve yakın çevresi için çoklu-GNSS kombinasyonlarının PPP performansına etkisi, Harita Dergisi. (2018), 1-11.
• B. Bahadur, M, Nohutcu, Hassas Nokta Konumlama İçin Robust Kalman Filtresi Yöntemlerinin Analizi. Harita Dergisi. 86 (2020), 29-42.
• W. U. Guanbin, C. Junping, w. U. Xiaomeng, H. U. Jinlin, Modeling and assessment of regional atmospheric corrections based on undifferenced and uncombined PPP-RTK, Acta Geodaetica et Cartographica Sinica. 49 (2020), 1407-1418. doi: 10.11947/j.AGCS.2020.20200103
• M. Li, G. Huang, L. Wang, W. Xie, F. Yue, Performance of Multi-GNSS in the Asia-Pacific Region: Signal Quality, Broadcast Ephemeris and Precise Point Positioning (PPP), Remote Sensing. 14 (2022), 3028. doi:10.3390/rs14133028
• Z. Wu, Q. Wang, C. Hu, Z. Yu, W. Wu, Modeling and assessment of fve-frequency BDS precise point positioning, Satellite Navigation. 3 (2022), 1-14. doi:10.1186/s43020-022-00069-z
• Y. Gao, Precise point positioning and its challenges, aided-gnss and signal tracking. Inside GNSS. 16–18 (2006), 16-21.
• J. Kouba, P. Heroux, Precise point positioning using IGS orbit and clock products. GPS Solutions. 5 (2001), 12-28. doi:10.1007/PL00012883
• S. Bülbül, B. Bilgen, C. İnal, The performance assessment of Precise Point Positioning (PPP) under various observation conditions. Measurement. 171 (2021). doi: 10.1016/j.measurement.2020.108780
• R. J. Anderle, Satellite Doppler Positioning. Proceedings of the International Geodetic Symposium, Las Cruces, New Mexico, (1976), 47-75.
• J. F. Zumberge, M. B. Heflin, D. C. Jefferson, M. M. Watkins, F. H. Webb, Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks, Journal of Geophysical Research. 102 (1997), 5005-5017. doi:10.1029/96JB03860
• C. Rizos, V. Janssen, C. Roberts, T. Grinter, Precise Point Positioning: Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an End?, Proceedings of FIG Working Week, 2012, 1-17.
• Y. Facio ve M. Berber, Subsidence is Determined in the Heart of the Central Valley Using Post Processed Static and Precise Point Positioning Techniques, Journal of Applied Geodesy. 14 (2020), 113-118. doi: 10.1515/jag-2019-0043
• D. Kiliszek ve K. Kroszczyński, Performance of the Precise Point Positioning Method Along with the Development of GPS, GLONASS and Galileo Systems, Measurement.164 (2020), 1-26. doi: https: 10.1016/j.measurement.2020.108009
• R. Liu, B. Guo, A. Zhang & B. Yimwadsana, Research on GPS Precise Point Positioning Algorithm with a Sea Surface Height Constraint, Ocean Engineering. 197 (2020). doi: 10.1016/j.oceaneng.2019.106826
• A. C. Uçarlı, F. Demir, S. Erol & R. M. Alkan, Farklı GNSS Uydu Sistemlerinin Hassas Nokta Konumlama (PPP) Tekniğinin Performansına Etkisinin İncelenmesi, Geomatik Dergisi. 6 (2021), 247-258. doi: 10.29128/geomatik.779420
• E. Ayso ve M. Kahveci, GNSS Kod (Pseudorange) Ölçüleri ile Tek Nokta Konum Belirleme Yazılımı: KTUN_SPP, Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi. 10 (2022), 578-598. doi: 10.36306/konjes.1112955
• M. Ge, G. Gendt, M. Rothacher, C. Shi, J. Liu, Resolution of GPS carrier-phase ambiguities in Precise Point Positioning (PPP) with daily observations, Journal of Geodesy. 82 (2008), 389-399. doi: 10.1007/s00190-007-0187-4
• S. Alçay, C. Ö. Yiğit ve A. Ceylan, CSRS-PPP, MagicGNSS ve APPS web tabanlı yazılımların statik PPP modüllerinin karşılaştırılması. Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi. 5 (2013), 1-12.
• CSRS-PPP: The Canadian Spatial Reference System-PPP, https://webapp.csrs-scrs.nrcan-rncan.gc.ca/geod/account-compte/login.php (erişim 13 Eylül 2021).
• N. F. Erbaş, Hassas Nokta Konumlama (PPP) Hata Kaynaklarının Konum Doğruluklarına Etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Harita Mühendisliği Anabilim Dalı, Konya, 2021.
• T. Erol, Web tabanlı CSRS-PPP uygulamasının farklı uydu sistemleri üzerindeki performansı, Jeodezi ve Jeoinformasyon Dergisi. 8 (2021), 41-56. doi: 10.9733/JGG.2021R0004.T
• B. Bahadur & M. Nohutcu, PPPH: A MATLAB-Based Software for Multi-GNSS Precise Point Positioning Analysis, GPS Solutions. 113 (2018). doi: 10.1007/s10291-018-0777-z
• B. Bahadur & M. Nohutcu, Comparative Analysis of MGEX Products for Post-Processing Multi-GNSS PPP, Measurement. 145(2019), 361-369. doi: 10.1016/j.measurement.2019.05.094
• CDDIS: The Crustal Dynamics Data Information System, https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/products/ (erişim 13 Haziran 2023).
• F. Başçiftçi, 24. Güneş Döngüsü Boyunca Meydana Gelen Jeomanyetik Fırtınaların Dağılımı, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 10(4) (2021), 1394-1403. doi: 10.17798/bitlisfen.955034
• OMNIWeb: Goddard Space Fligt Center-SPDF, https://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html (erişim 13 Haziran 2023).