The effect of different satellite system combinations on real-time precise point positioning

Abstract

Precise Point Positioning (PPP) method is applied in two ways: real-time (RT-PPP) and post-process (PP-PPP). In this study, Kp, Dst and F10.7 indices were examined in order not to reflect the disturbing effect of geomagnetic activities on GNSS observations on the results, and 30 consecutive days without geomagnetic activities were determined. Receiver Independent Exchange Format (RINEX) data of KIR8, PADO, NKLG which are International GNSS Service-Multi GNSS Experiment stations located in high-, mid- and low-latitude regions processed with RTKLIB v2.4.3 software. Then, the obtained cartesian coordinates were compared with the actual values. In addition, the effect of different satellite system combinations on RT-PPP was examined by calculating both the root mean square errors (RMSE) in the direction of the coordinate axes and 3D RMSE of each station. Generally, the RMSE in decimeter (dm) level were obtained. When the obtained RMSE are evaluated, the RT-PPP method has not yet provided the accuracy desired from geodetic applications. However, in the future, it is expected that both the receivers and antennas will support RT-PPP and with the improvement of broadcasted real-time corrections, it will provide the necessary accuracy for geodetic applications.

Keywords

• MGEX
• Multi-GNSS
• PPP
• RT-PPP
• RTKLIB

Farklı uydu sistemi kombinasyonlarının gerçek zamanlı hassas nokta konumlamaya etkisi

Öz

Hassas Nokta Konumlama (PPP) yöntemi, gerçek zamanlı (RT-PPP) ve ölçü sonrası değerlendirme (PP-PPP) olmak üzere iki şekilde uygulanmaktadır. Bu çalışmada, jeomanyetik aktivitelerin GNSS gözlemleri üzerindeki bozucu etkisinin sonuçlara yansımaması amacıyla Kp, Dst ve F10.7 indisleri incelenmiş ve jeomanyetik aktivitelerin olmadığı 30 ardışık gün belirlenmiştir. Yüksek, orta ve alçak enlem bölgelerinde bulunan Uluslararası GNSS Servisi-Multi GNSS Experiment istasyonlarından KIR8, PADO, NKLG’nin bu ardışık günlere ait Alıcıdan Bağımsız Veri Değişim Formatı (RINEX) verileri RTKLIB v2.4.3 yazılımı ile çözümlenmiştir. Daha sonra, elde edilen kartezyen koordinatlar gerçek değerlerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, her bir istasyona ait koordinat eksenleri yönündeki karesel ortalama hatalar ve konum ortalama hataları hesaplanarak farklı uydu sistemi kombinasyonlarının RT-PPP’ye etkisi incelenmiş, genellikle desimetre mertebesinde ortalama hatalar elde edilmiştir. Elde edilen ortalama hatalar değerlendirildiğinde; RT-PPP yönteminin jeodezik uygulamalardan beklenen doğruluğu henüz sağlayamadığı görülmekte, fakat gelecekte hem alıcı hem de antenlerin RT-PPP’yi destekler hâle gelmesi ve yayınlanan gerçek zamanlı düzeltmelerin iyileştirilmesiyle jeodezik uygulamalar için gerekli doğruluğu sağlayabileceği beklenmektedir.

Anahtar Kelimeler

• MGEX
• Multi-GNSS
• PPP
• RT-PPP
• RTKLIB

Kaynakça

1. J. F. Zumberge, M. B. Heflin, D. C. Jefferson, M. M. Watkins and F. H. Webb, Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks, Journal of Geophysical Research, 102 (B3), 5005, 1997.
2. J. Kouba and P. Héroux, Precise point positioning using IGS orbit and clock products. GPS Solutions, 5 (2), 12–28, 2001. https://doi.org/10.1007/PL00012883.
3. Y. Gao and K. Chen, Performance analysis of precise point positioning using Real-Time orbit and clock products, Journal of Global Positioning Systems, 3 (1-2), 95-100, 2004.
4. J. Kouba, A guide to using international GNSS service (IGS) products. https://www.igs.org/wp-content/ uploads/2019/08/UsingIGSProductsVer21_cor.pdf , Accessed 10 September 2021.
5. M. E. Elsobeiey, An improved model for precise point positioning with modernized global positioning system, Master Thesis, Zagazig University, Egypt, 2012.
6. J. Chen, H. Li, W. Wu, Y. Zhang, J. Wang and C. Hu, Performance of Real-Time precise point positioning, Marine Geodesy, 36 (1), 98-108, 2013. https://doi.org/10.1080/01490419.2012.699503.
7. B. Erdoğan, F. Karlıtepe ve T. Öcalan, Farklı IGS kombine yörünge/saat ürünleri (Clk10&Clk11) kullanarak gerçek zamanlı PPP (RT-PPP) tekniği performansının araştırılması, 8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu, İstanbul, 2016.
8. N. Abdi, A. A. Ardalan, R. Karimi and M. H. Rezvani, Performance assessment of Multi-GNSS Real-Time PPP over Iran, Advances in Space Research, 59, 2870-2879, 2017. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.03.024.

9. B. Erdoğan, F. Karlıtepe ve T. Öcalan, GPS kinematik PPP'nin gerçek zamanlı PPP (RT-PPP) çözümleri ile karşılaştırılması üzerine bir çalışma, TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası 16. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, Ankara, 2017.
10. F. Karlıtepe, Gerçek zamanlı hassas nokta konumlama (RT-PPP) tekniği ile karşılaştırmalı deneysel çözümler, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, 2017.
11. N. Nadarajah, A. Khodabandeh, K. Wang, M. Choudhury and P. J. G. Teunissen, Multi-GNSS PPP-RTK: From large- to smal-scale networks, Sensors, 18 (4) 1078, 2018. https://doi.org/10.3390/s18041078.
12. M. Turgut, Gerçek zamanlı hassas nokta konumlama (RT-PPP) yönteminin performansının incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2019.
13. L. Wang, Z. Li, M. Ge, F. Neitzel, Z. Wang and H. Yuan, Validation and assessment of Multi-GNSS Real-Time precise point positioning in simulated kinematic mode using IGS Real-Time service, Remote Sensing, 10 (2), 337, 2018. https://doi.org/10.3390/rs10020337.
14. S. Xin, X. Li, J. Geng, E. Jiang and Q. Wen, The implementation of multi-GNSS real-time precise point positioning service system: GPS/GLONASS, 2017 Forum on Cooperative Positioning and Service (CPGPS), Harbin, 2017.
15. S. Alçay, Gerçek zamanlı hassas nokta konumlama (RT-PPP) yönteminin konum belirleme performansının doğruluk ve hassasiyet bakımından incelenmesi, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8 (1), 121-133, 2019. https://doi.org/ 10.28948/ngumuh.516842.
16. M. Turgut ve S. Alçay, Gerçek zamanlı hassas nokta konumlama (RT-PPP) yönteminin konumlama ve zenit troposferik gecikme (ZTD) bakımından karşılaştırmalı analizi, TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası 17. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, Ankara, 2019.
17. S. Alçay ve Ö. F. Atiz, Farklı yazılımlar kullanılarak gerçek zamanlı hassas nokta konum belirleme (RT-PPP) yönteminin performansının incelenmesi, Geomatik Dergisi, 6 (1), 77-83, 2021. https://doi.org/10.29128/geomatik.687709.
18. Takasu, T. 2013, RTKLIB 2.4.2 Manual, http://www.rtklib.com/prog/manual_2.4.2.pdf, Accessed 10 September 2021.
19. N. Arslan, GPS ile iyonosfer toplam elektron yoğunluğu değişimlerinin koordinatlara etkilerinin araştırılması, Doktora Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2004.
20. N. Jakowski, A. Wehrenpfenning, S. Heise, S. Schluter, and T. Noack, Space weather effects in the ionosphere and their impact on positioning, Space Weather Workshop: Looking Towards a Future European Space Weather Programme, Noordwijk, Netherlands, 17-19 December 2001.
21. P. J. Stewart, and R. B. Langley, Ionospheric modelling for WADGPS at northern latitudes. Proceedings of ION-GPS 98, The 11. International Technical Meeting, 1998.
22. S. İnyurt, Investigation of ionospheric variations during magnetic storm over Turkey, Geomagnetism and Aeronomy, 60, 131-135, 2020. https://dx.doi.org/ 10.1134/S001679322001012011
23. S. İnyurt and R. M. Ghaffari, Regional application of ANFIS in ionosphere time series prediction at severe solar activity period, Acta Astronautica, 179, 450–461, 2021.
24. T. Arslan, M. Shah, S. İnyurt, M. A. Shah, and L. Liu, Comparison of TEC from IRI-2016 and GPS during the low solar activity over Turkey, Astrophysics and Space Science, 365 (11), 2020.
25. M. Menvielle, The geomagnetic indices: Derivation, meaning and availability, Space Weather Workshop: Looking Towards a Future European Space Weather Programme, Noordwijk, Netherlands, 2001.
26. C.D. Ghilani, and P.R. Wolf, Adjustment computations: spatial data analysis. Wiley, USA, 2006.