Real-Time GNSS - Modellierung im Zustandsraum (State Space)

Transkript

1 Real-Time GNSS - Modellierung im Zustandsraum (State Space) A. Stürze 1), W. Söhne 1), G. Weber 1), L. Mervart 2) 1) BKG, 2) TU Prag

2 Modellierung im Zustandsraum: Motivation Status: Bereitstellung von Korrektionen im Beobachtungsraum für DGNSS Referenzstationsnetz / Analysezentrum Nutzer Mehrdeutigkeitsfestsetzung Beobachtungen einer MAC: Master-Referenzstation + Beobachtungen auf selbem Mehrdeutigkeitsniveau Berechnung indiv. Korrektionen Korrekturmodellberechnung Beobachtungen einer FKP: Master-Referenzstation + Parameter der Korrekturmodelle Berechnung indiv. Korrektionen VRS-Berechnung VRS: Beobachtungen einer virtuellen Referenzstation Basislinienberechnung Entwicklung: Bereitstellung von Korrektionen im Zustandraum für PPP

3 Modellierung im Zustandsraum: Prinzip Bereitstellung von Information über den Status der einzelnen Fehlerquellen (Zustandsinformation) Instr. Signalverzögerungen Satellitenuhrfehler Satellitenbahnfehler PCV der Satellitenantenne Ionosphäre Troposphäre RTCM-Zu ustandsparameter Mehrwegeausbreitung Hindernis PCV der Empfangsantenne Empfängeruhrfehler Instr. Signalverzögerungen

4 Modellierung im Zustandsraum: Vorteile Definition von Zustandsparametern als Korrektion zu Referenzparametern oder Modellen Bandbreitenreduktion Viele Parameter sind unabhängig von Referenzstation, Frequenz und Signal Bei ausreichender Redundanz im Netz: Restfehler auf einzelnen Referenzstationen haben wenig Einfluss Fehlende Beobachtungen resultieren nicht in fehlende Zustandsinformation Satellitenabhängige Parameter sind global gültig Atmosphärenparameter sind abhängig vom Genauigkeitslevel global / regional / lokal gültig Satellitenbahnen + Troposphäre sind zeitlich hoch, Satellitenuhren + Ionosphärenparameter sind zeitlich weniger hoch korreliert Berücksichtigung in den Aufdatierungsraten

5 Modellierung im Zustandsraum: Prinzip Zusätzliche Aspekte für konsistente Modellierung und PPP Berücksichtigung zeitlicher Variation der Empfängerposition - Gezeitendeformation der festen Erde - Auflastdeformation wegen ozeanischer Gezeiten - Auflastdeformation durch die Atmosphäre Standardisierung der Troposphärenmodelle Ionosphäreneffekte höherer Ordnung Datum / Referenzsystem globale, regionale und/oder lokale Dienste... Referenz für Standardisierung: IERS Konventionen

6 Modellierung im Zustandsraum: Standardisierung RTCM: Radio Technical Commission for Maritime Services SC-104 Differential Global Navigation Satellite Systems Arbeitsgruppen (WG): Kommunikation & Datentransfer: WG Internet Protocol (NTRIP 2.0) Modellierung: WG RTK Network MSG + WG State Space GNSS: WG Galileo + WG GLONASS Multikonstellationskonzepte: WG Version 3 Aktuelle Ziele der RTCM Arbeitsgruppe State Space : Entwicklung von Konzepten und Datensätzen für: 1. Echtzeit-PPP für Zweifrequenzempfänger: präzise Bahn- und Uhreninformation (kompatibel zu PPP mit IGS Produkten) 2. Echtzeit-PPP für Einfrequenzempfänger: VTEC-Datensätze 3. Echtzeit-PPP mit RTK-Genauigkeit: Datensätze zur Berücksichtigung von Ionosphäre, Troposphäre, instr. Signalverzögerungen im Satelliten

7 Modellierung im Zustandsraum: Standardisierung RTCM Arbeitsgruppe State Space : 1. präzise Bahn- und Uhreninformation Kombinierter Datensatz für Uhren und Bahnen Bandbreitenreduktion Konsistenz Datensätze für Uhren und Bahnen als Korrektionen zur Navigationsnachricht Bandbreitenreduktion Datensätze für GPS and GLONASS definiert und Berücksichtigung von Galileo, SBAS oder künftige GNSS sind leicht hinzuzufügen Referenzpunktdefinition: - BRDC: Bezug auf Antennenphasenzentrum des Satelliten - IGU: Bezug auf das Massenzentrum des Satelliten Berücksichtigung durch Flag Satellite Reference Point

8 Modellierung im Zustandsraum: Standardisierung RTCM Arbeitsgruppe State Space : 1. präzise Bahn- und Uhreninformation Definition eines Referenzsystems - Globale Dienste: Bezug zum ITRS - Regionale Dienste: Bezug auf tektonische Platte der Region (ETRS) Differenz bei präzisen Anwendungen zu berücksichtigen Flag Satellite Reference Datum Reservierter RTCM3-Datensatz für Beschreibung des akt. Systems Präzise GPS-Satellitenuhren beinhalten per Konvention die ionosphärenfreie Linearkombination aus P1 & P2 Code Bias: Nutzerseite: a) Konsistente Linearkombination (P1/P2-Empfänger) verwenden b) Informationen zu instr. Signalverzögerungen anbringen Entsprechende Datensätze

9 Modellierung im Zustandsraum: Implementierung Ermittlung von RTCM Uhren- und Bahnkorrektionen: Konzept + Komponenten Referenzstationen Beobachtungen + BRDC-Ephemeriden RTCM/SOC-Format RINEX-/ASCII-Format BNC RTNet NTRIP Caster RTCM-Format Schätzung von Uhrenkorrektionen BRDC- Ephemeriden Korrektionen für BRDC-Ephemeriden und Uhren BNS SP3-Format Uhrenschätzungen + interpolierte Satellitenpositionen (IGU) IGS Ultra Rapid Orbits

10 Modellierung im Zustandsraum: Anwendung Positionierung mit RTCM Uhren- und Bahnkorrektionen: Konzept + Komponenten Referenzstationen Beobachtungen + BRDC-Ephemeriden RTNet NTRIP Caster RTCM-/SOC-Format BNC RINEX/ASCII-Format Positionierung Korrektionen für BRDC-Ephemeriden und -Uhren Koordinaten

11 Echtzeitfähige Referenzstationen: Weltweit Modellierung im Zustandsraum: Input

12 Echtzeitfähige Referenzstationen: Weltweit Modellierung im Zustandsraum: Input

13 Modellierung im Zustandsraum: Input Echtzeitfähige Referenzstationen: EUREF Derzeit 91 echtzeitfähig EPN Stationen Pilotprojekt EUREF-IP => EPN-Routinedatenfluss

14 NTRIPCaster & BKG Ntrip Client (BNC) Referenzstationen Modellierung im Zustandsraum: Input RTCM/SOC-Format RINEX-/ASCII-Format NTRIP Caster BNC Beobachtungen + BRDC-Ephemeriden

15 Modellierung im Zustandsraum: Input NTRIPCaster & BKG Ntrip Client (BNC) Referenzstationen RTCM/SOC-Format RINEX-/ASCII-Format NTRIP Caster BNC Beobachtungen + BRDC-Ephemeriden BNC - Generierung von RINEX-Daten (OBS + NAV) - Monitoring - Ausgabe von BRDC-Ephemeriden und synchronisierten Beobachtungen via IP-Port

16 Modellierung im Zustandsraum: Input NTRIPCaster & BKG Ntrip Client (BNC) Referenzstationen RTCM/SOC-Format RINEX-/ASCII-Format NTRIP Caster BNC Beobachtungen + BRDC-Ephemeriden BNC - Generierung von RINEX-Daten (OBS + NAV) - Monitoring - Ausgabe von BRDC-Ephemeriden und synchronisierten Beobachtungen via IP-Port

17 Modellierung im Zustandsraum: Implementierung RealTimeNETwork processing Engine (RTNET) GPS Solutions, Inc. / Leos Mervart, Zdenek Lukis Parameterschätzung für Satellitenuhren - Input: ~ 20 GPS-Stationen in Europa - L3 / nur Phasenbeobachtungen - Korrelation zwischen geschätzten Uhren & Mehrdeutigkeiten Satellitenuhren korrekt auf DD-Niveau (Satelliten & Epochen) Echtzeit-PPP-Lösung - L3 / nur Phasenbeobachtungen - Eliminierung von Uhrenparametern und Mehrdeutigkeiten entspricht einer DD zwischen Satelliten und Epochen

18 BKG Ntrip Server (BNS) Modellierung im Zustandsraum: Implementierung RTCM-Format Schätzung von Uhrenkorrektionen BRDC- Ephemeriden Korrektionen für BRDC-Ephemeriden und Uhren BNC BNS SP3-Format Uhrenschätzungen + interpolierte Satellitenpositionen (IGU) RTNet IGS Ultra Rapid Orbits

19 BKG Ntrip Server (BNS) Modellierung im Zustandsraum: Implementierung Schätzung der Differenzen zwischen BRDC- und IGU-Orbits als Komponenten des begleitenden Dreibeins: - senkrecht zur Bahnebene (c: cross-track) - in radialer Richtung (r: radial) - in Bewegungsrichtung (a: along-track) sowie deren Ableitung Modellierung der Bahndifferenzen für Zwischenzeiten durch Polynomansatz Differenzen zwischen BRDC- und verbesserten IGU-Uhren Modellierung der Uhrendifferenzen für Zwischenzeiten durch Polynomansatz Konvertierung der modellbasierten Korrektionen für BRDC-Uhren und - bahnen in das RTCM 3 Format: - BRDC-Orbitkorrektionen: c, r, a sowie deren 1. und 2 Ableitung - BRDC-Uhrenkorrektionen: a 0, a 1, a 2

20 Ausblick Echtzeitfähige Referenzstationen: IGS Via NTRIP

21 Ausblick Echtzeitfähige Referenzstationen: IGS Via UDPRelay

22 Ausblick Real-time IGS Pilot Project (IGS-RT PP) Juni 2007: CfP (IGS Mail Oktober 2007: 32 Anmeldungen Dezember 2007: Akzeptanz aller Anmeldungen (IGS Mail 5692) März 2008: Startschuss ( von M. Caissy an alle Teilnehmer) Ziele: Ausbau des IGS-Echtzeitnetzes (NTRIP & UDPrelay) Generierung/Erweiterung von IGS-Echtzeitprodukten Beteiligung an der Entwicklung von Standards und Formaten - Definition der Anforderungen an Formate für IGS-Echtzeitprodukte (Basis: RINEX 3.0, SP3c, Clock-RINEX) - Entwicklung eines Prototypformats für Bahnen und Uhren und Abgabe durch IGS-Analysezentren ab Anfang IGS wird RTCM SC-104-Mitglied

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Information & Downloads: