بهبود دقت موقعیت‌یابی در تلفیق GNSS با استفاده از فیلتر کالمن فازی بر اساس داده فاز حامل

نوع مقاله: کوتاه

نویسندگان

1 استاد دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله، پس از بررسی موقعیت‌یابی بر اساس تلفیق GPS و GLONASS، راهکاری جهت افزایش دقت مکان‌یابی سیستم‌های تلفیقی ارائه شده است. به منظور بهره‌گیری از سیستم‌های GNSS مختلف، تحقیقاتی در زمینه ترکیب اندازه‌گیری‌های GLONASS و GPS انجام شده است که نشان می‌دهد افزودن اندازه‌گیری‌های GLONASS به سیستم GPS، بهبود اندکی در دقت موقیت‌یابی داشته است. دلایل اصلی شناخته شده برای کم بودن این تاثیر، خطای تولیدات GLONASS و یا محدودیت تعداد ماهواره‌های GLONASS در دسترس می‌باشند. در این تحقیق در روند محاسبه موقعیت مکانی تلفیقی، جهت تخمین موقعیت از روش فیلتر کالمن استفاده شده است. از آنجائیکه در این تخمین وضعیت‌های GPS و GLONASS به صورت جداگانه بروزرسانی می‌شوند، امکان وزن‌دهی به مشاهدات ماهواره‌ها به صورت مستقل فراهم می‌شود. در راستای بهبود دقت موقعیت‌یابی، در فرآیند محاسبه بهره فیلتر کالمن از یک سیستم فازی با ورودی داده فاز حامل در باند L1 و یا باند L2 مربوط به ماهواره GLONASS جهت وزن‌دهی مشاهدات GLONASS استفاده شده است. بررسی و ارزیابی افزایش دقت موقعیت‌یابی با استفاده از فیلتر کالمن فازی، بر روی چندین مجموعه داده RINEX در شرایط GPS نویزی انجام و نتایج آزمون ها و شبیه‌سازی ها در این مقاله ارائه شده است. بر اساس این نتایج اعمال تغییرات فازی در ساختار فیلتر کالمن، متوسط خطای موقعیت‌یابی را از 16 به 10 متر کاهش داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improvement of positioning accuracy of integrated GNSS by using fuzzy Kalman filter based on carrier phase data

نویسندگان [English]

  • S.M. Mousavi 1
  • M Mousavi 2
چکیده [English]

In this paper, after reviewing the positioning based on the combination of GPS and GLONASS, a solution is provided for increasing the accuracy of positioning with integrated systems. In order to taking advantage of different GNSS systems, some researches carried out in the field of combination of GPS and GLONASS measurements. The investigations show that addition of GLONASS system measurements to GPS, have a slight improvement in positioning accuracy. The main known reasons for this little effect are limited number of available GLONASS satellites and GLONASS generations error. In this study, in the process of calculating integrated positioning, Kalman filter estimator method is used to estimate the position. Since state estimation of GPS and GLONASS update individually in this method, it is provided weighting satellites observations independently. In order to improve the positioning accuracy, in the process of calculation Kalman filter gain, a fuzzy system is used based on input data of carrier phase in L1 or L2 band for GLONASS satellites. This input can provide weighting the observations of GLONASS satellites. Increasing the accuracy of positioning by using fuzzy Kalman filter is investigeted on several data sets of RINEX format in GPS noise conditions. Assessment, simulation and test results are presented in this paper. According to the results of changing the structure of the Kalman filter by adding fuzzy system, average positioning error is reduced from 16 to 10 meters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fuzzy system
  • GLONASS
  • GPS
  • Kalman Filter's
  • Navigation and Observation

[1]  M. R. Mosavi, M. Soltani Azad and   I. EmamGholipour, “Position Estimation in Single-Frequency GPS Receivers using Kalman Filter with Pseudo-range and Carrier Phase Measurements”, Journal of Wireless Personal Communications, Vol.72, No.4, pp.2563-2576, 2013.

[2]  M. R. Mosavi and M. R. Azarbad, “Multipath Error Mitigation based on Wavelet Transform in L1 GPS Receivers for Kinematic Applications”, International Journal of Electronics and Communications, Vol.67, No.10, pp.875-884, 2013.

[3]  A. Angrisano, S. Gaglione and C. Gioia, "Performance Assessment of GPS/GLONASS Single Point Positioning in an Urban Environment", Journal of Acta Geodaetica et Geophysica, Vol.48, No.2, pp.149-161, 2013.

[4]  T. Walter, J. Blanch, M. J. Choi, T. Reid and P. Enge, "Incorporating GLONASS into Aviation RAIM Receivers", Proceedings of the International Technical Meeting of the Institute of Navigation, pp.239-249, 2013.

[5]  P. F and F. Nogueira, "Positioning with Combined GPS and GLONASS Observations", M. S. Thesis, Aerospace Engineering, Technical University of Lisbon, 2013.

[6]  L. Pan,C. Cai, R. Santerre and J. Zhu, "Combined GPS/GLONASS Precise Point Positioning with Fixed GPS Ambiguities", Journal of Sensores, Vol.14, pp.17530-17547, 2014.

[7]  J. Wang, "Investigation on GPS/GLONASS Data Processing: Modeling and Numerical Validation", M. S. Thesis, School of Surveying and Spatial Information Systems, University of New South Wales, Sydney, 2010.

[8]  M. Rabbou and A. El-Rabbany, "PPP Accuracy Enhancement using GPS/GLONASS Observations in Kinematic Mode", Positioning, Vol.6, pp.1-6, 2015

[9]  P. F. Ferrao, "Positioning with Combined GPS and GLONASS Observations", M.S. Thesis, Technical Universityof Lisbon, 2013.

[10]             M. R. Mosavi, S. Azarshahi, I. EmamGholipour and A. A. Abedi, "Least Squares Techniques for GPS Receivers Positioning Filter using Pseudo-range and Carrier Phase Measurements", Iranian Journal of Electrical and Electronic Engineering, Vol.10, No.1, pp.18-26, 2014.

[11]             A. Jokinen, S. Feng, C. Milner, W. Schuster and W. Ochieng, "Precise Point Positioning and Integrity Monitoring with GPS and GLONASS", European Navigation Conference, pp.1-12, 2011.

[12]             A. Angrisano, S. Gaglione and C. Gioia, "Performance Assessment of Aided GNSS for Land Navigation", IET Journal on Radar, Sonar & Navigation, Vol.7, No.6, pp.671-680, 2013.

[13]             M. Ishii, "Formats and Standards a New GNSS Total Electron Content Data Exchange Format (GTEX)", World Meteorological Organization, pp.1-4, Geneva, 2013.

[14]             L. Heng, "Safe Satellite Navigation with Multiple Constellations: Global Monitoring of GPS and GLONASS Signal-In-Space Anomalies", Ph.D. Thesis, Stanford University, December 2012.

[15]             M. Tamazin, "Benefits of Combined GPS/GLONASS Processing for High Sensitivity Receivers", M.S. Thesis, Department of Geomatics Engineering, Calgary University, 2011.

[16]             M. Elsobeiey and A. El-Rabbany, "Efficient Between-Satellite Single-Difference Precise Point Positioning Model", Journal of Surveying Engineering, Vol.140, No.2, 2014.

[17]             http://www.filewatcher.com/b/ftp/prissy.unavco.org/pub/rinex/obs/2013/001-0.html