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VGI - Autor
Michael Opitz
Wir haben 3 Artikel von und mit Michael Opitz gefunden.
Automated quasi-realtime prediction of GNSS clock corrections
Kurzfassung
Für Positionierungs- und Zeitübertragungsaufgaben mittels GNSS benötigt der Nutzer Informationen über die Satellitenbahndaten und -uhren. Die Analysis Centers (ACs) des IGS (International GNSS Service) stellen die Bahnkoordinaten sowie die Abweichungen der GPS und GLONASS Satellitenuhren zu GPST (GPS-Time) im sp3Format zur Verfügung. Diese Dateien sind jeweils am folgenden Tag über einen freien ftp-Server erhältlich. Die Bahnund Uhrinformationen sind das Ergebnis einer Parameterschätzung (vermittelnder Ausgleich nach der Methode der kleinsten Quadrate) auf Basis der Beobachtungsdaten des IGS-Stationsnetzes. Für Echtzeit-oder beinahe Echtzeit-Anwendungen ist es notwendig, die Satellitenbahnen und -uhren für einen begrenzten Zeitraum vorauszurechnen. An der TU-Wien wurde das Programm GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) entwickelt, welches seit Oktober 2006 mittels eines eigenen Prädiktionsmodells Satellitenuhrkorrekturdaten über einen Zeitraum von 12 Stunden prädiziert. Modellparameter sind die Koeffizienten eines quadratischen Polynoms sowie die Amplitude und die Phasenverschiebung einer zusätzlichen Sinusschwingung mit der Periodendauer eines Satellitenumlaufs. Als Eingangsgrößen dienen die Ultra-Rapid Produkte des IGS, welche dem Nutzer mit einer Verzögerung von ca. 3 Stunden auf der Homepage des IGS [11] zur Verfügung stehen. Die mittels GNSS-VC prädizierten Uhrkorrekturen unterliegen deshalb ebenfalls einer entsprechenden Verspätung. Um die Uhrkorrekturdaten auch in quasi-Echtzeit, also ohne die oben beschriebene Verzögerung, vorhersagen zu können, wurde im Anschluss ein Prädiktionsalgorithmus auf Basis eines KF (Kalman-Filters) entwickelt. Dies ist insofern wichtig, als prädizierte Uhrkorrekturen mit fortschreitender Zeit deutlich an Genauigkeit verlieren. Nach der Bestimmung von Startwerten für die Modellparameter (Koeffizienten eines quadratischen Polynoms) werden diese mit Hilfe des KFs in regelmäßigenIntervallen aktualisiert. Als Eingangsgrößen werden dafür Echtzeit-Uhrkorrekturendes Programms RTR-Control herangezogen [5]. Dieses errechnet Uhrkorrekturdaten im Minutentakt, basierend auf einer Lösung des globalen RT-IGS Stationsnetzes (Real-Time IGS Network), welches zur Zeit mehr als 50 Stationen umfasst. Die über den KF berechneten Uhrdaten werden jeweilsalle 15 Minuten für die folgenden 6 Stunden ermittelt. Ihre Genauigkeit liegt dabei im 2-Nanosekunden-Bereich, was einem radialen Distanzfehler von ca. 60 cm entspricht.
Abstract
For positioning and time transfer applications with GNSS knowledge about satellite specific orbits and clock-corrections is required. The ACs (Analysis Centers) of the IGS (International GNSS Service) provide satellite ephemeris as well as clock corrections to GPST (GPS-Time) in sp3-format for free via internet with a latency of about one day. These orbit and clock information result from a least squares adjustment of the parameters based on observations from the IGS reference station network. The accurate and reliable prediction of satellite clocks and orbits is an indispensable condition of all GNSS based positioning applications in real-time. While the orbits are output to an integration of the well-known force field the clock corrections to GPST (GPS-Time) have to be extrapolated by means of an experienced prediction model. The model used for predicting GPS and GLONASS satellite clocks within program GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) contains basically the coefficients of a quadratic polynomial as well as an amplitude and a phase shift of an once per revolution periodic term. These parameters were initially determined in a least squares adjustment based on the observed part of the IGS Ultra-Rapid clock solutions. Since October 2006 the program GNSS-VC is operated in a fully automated mode. To get rid of the 3 hours delay of the IGS Ultra-Rapid-solution we developed a KF (Kalman-Filter) approach which allows to issue clock predictions in near real-time. This is important, because the accuracy especially of predicted clock-corrections decreases rapidly with time. Parameters in the KF are again the 3 coefficients of a quadratic polynomial. After an initial pre-determination of the parameters the KF continuously updates the model using real-time clock corrections calculated from a one-minute data stream based on observations of the RT-IGS network (Real-Time IGS; more than 50 almost globally distributed stations). These once-per-minute clock correction data are output of the program RTR-Control [5]. Clock predictions are calculated every 15 minutes for the upcoming 6 hours period. We present comparisons of our clock predictions with the Ultra-Rapid and the Rapid solutions of the IGS and with solutions of individual ACs of the IGS. The results of GNSS-VC can be obtained from the institutes webpage [10].
Für Positionierungs- und Zeitübertragungsaufgaben mittels GNSS benötigt der Nutzer Informationen über die Satellitenbahndaten und -uhren. Die Analysis Centers (ACs) des IGS (International GNSS Service) stellen die Bahnkoordinaten sowie die Abweichungen der GPS und GLONASS Satellitenuhren zu GPST (GPS-Time) im sp3Format zur Verfügung. Diese Dateien sind jeweils am folgenden Tag über einen freien ftp-Server erhältlich. Die Bahnund Uhrinformationen sind das Ergebnis einer Parameterschätzung (vermittelnder Ausgleich nach der Methode der kleinsten Quadrate) auf Basis der Beobachtungsdaten des IGS-Stationsnetzes. Für Echtzeit-oder beinahe Echtzeit-Anwendungen ist es notwendig, die Satellitenbahnen und -uhren für einen begrenzten Zeitraum vorauszurechnen. An der TU-Wien wurde das Programm GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) entwickelt, welches seit Oktober 2006 mittels eines eigenen Prädiktionsmodells Satellitenuhrkorrekturdaten über einen Zeitraum von 12 Stunden prädiziert. Modellparameter sind die Koeffizienten eines quadratischen Polynoms sowie die Amplitude und die Phasenverschiebung einer zusätzlichen Sinusschwingung mit der Periodendauer eines Satellitenumlaufs. Als Eingangsgrößen dienen die Ultra-Rapid Produkte des IGS, welche dem Nutzer mit einer Verzögerung von ca. 3 Stunden auf der Homepage des IGS [11] zur Verfügung stehen. Die mittels GNSS-VC prädizierten Uhrkorrekturen unterliegen deshalb ebenfalls einer entsprechenden Verspätung. Um die Uhrkorrekturdaten auch in quasi-Echtzeit, also ohne die oben beschriebene Verzögerung, vorhersagen zu können, wurde im Anschluss ein Prädiktionsalgorithmus auf Basis eines KF (Kalman-Filters) entwickelt. Dies ist insofern wichtig, als prädizierte Uhrkorrekturen mit fortschreitender Zeit deutlich an Genauigkeit verlieren. Nach der Bestimmung von Startwerten für die Modellparameter (Koeffizienten eines quadratischen Polynoms) werden diese mit Hilfe des KFs in regelmäßigenIntervallen aktualisiert. Als Eingangsgrößen werden dafür Echtzeit-Uhrkorrekturendes Programms RTR-Control herangezogen [5]. Dieses errechnet Uhrkorrekturdaten im Minutentakt, basierend auf einer Lösung des globalen RT-IGS Stationsnetzes (Real-Time IGS Network), welches zur Zeit mehr als 50 Stationen umfasst. Die über den KF berechneten Uhrdaten werden jeweilsalle 15 Minuten für die folgenden 6 Stunden ermittelt. Ihre Genauigkeit liegt dabei im 2-Nanosekunden-Bereich, was einem radialen Distanzfehler von ca. 60 cm entspricht.
Abstract
For positioning and time transfer applications with GNSS knowledge about satellite specific orbits and clock-corrections is required. The ACs (Analysis Centers) of the IGS (International GNSS Service) provide satellite ephemeris as well as clock corrections to GPST (GPS-Time) in sp3-format for free via internet with a latency of about one day. These orbit and clock information result from a least squares adjustment of the parameters based on observations from the IGS reference station network. The accurate and reliable prediction of satellite clocks and orbits is an indispensable condition of all GNSS based positioning applications in real-time. While the orbits are output to an integration of the well-known force field the clock corrections to GPST (GPS-Time) have to be extrapolated by means of an experienced prediction model. The model used for predicting GPS and GLONASS satellite clocks within program GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) contains basically the coefficients of a quadratic polynomial as well as an amplitude and a phase shift of an once per revolution periodic term. These parameters were initially determined in a least squares adjustment based on the observed part of the IGS Ultra-Rapid clock solutions. Since October 2006 the program GNSS-VC is operated in a fully automated mode. To get rid of the 3 hours delay of the IGS Ultra-Rapid-solution we developed a KF (Kalman-Filter) approach which allows to issue clock predictions in near real-time. This is important, because the accuracy especially of predicted clock-corrections decreases rapidly with time. Parameters in the KF are again the 3 coefficients of a quadratic polynomial. After an initial pre-determination of the parameters the KF continuously updates the model using real-time clock corrections calculated from a one-minute data stream based on observations of the RT-IGS network (Real-Time IGS; more than 50 almost globally distributed stations). These once-per-minute clock correction data are output of the program RTR-Control [5]. Clock predictions are calculated every 15 minutes for the upcoming 6 hours period. We present comparisons of our clock predictions with the Ultra-Rapid and the Rapid solutions of the IGS and with solutions of individual ACs of the IGS. The results of GNSS-VC can be obtained from the institutes webpage [10].
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VGI_200706_Broederbauer.pdf
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A critical assessment of the current EGNOS performance
Kurzfassung
Die Hauptmotivation für die Arbeit ist die Untersuchung der derzeitigen Verfügbarkeit, Genauigkeit und Stabilität des European Geostationary Overly Service (EGNOS) im Vergleich zu kommerziellen, lokalen DGPS-Anbietern. Im Vollausbau (full operational capability – FOC) wird EGNOS Satellitenbahn-und Uhrenkorrekturen für alle GPS Satelliten, ionosphärische Laufzeitverzögerungen und Integritätsinformationen für das GPS System aussenden. Die präsentierte Analyse basiert auf dem Vergleich zweier Trajektorien eines sich langsam bewegenden Fahrzeuges. Die Koordinatenlösungen werden gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Echtzeit Korrekturtechniken bestimmt – EGNOS und WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). Die Testfahrt wurde in unterschiedlich bebautem Stadtgebiet und auf einer Autobahn ausgeführt, wodurch die Sichtbarkeit der geostationären EGNOS Satelliten während des Tests stark variierte. Um a posteriori die in Echtzeit bestimmten Positionen kontrollieren zu können, wurden die Rohdaten der Rover Stationen und einer Referenzstation gespeichert. Ergänzend wird auch eine Evaluierung des EGNOS-Ionosphärenmodells präsentiert.
Abstract
The main purpose of this paper is to evaluate the current performance of the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) in comparison to commercial, local DGPS services. In full operational capability (FOC) EGNOS provides orbit and clock-corrections of all GPS satellites, ionospheric delays and integrity information of the GPS system. The analysis is mainly based on the comparison of the trajectories of a slowly moving vehicle obtained simultaneously by two real-time correction techniques – EGNOS and WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). The tests are carried out in urban environments with frequently varying obstructions and on a highway. Therefore the visibility of the EGNOS satellites varies during the test ride. During the trial session also raw data of the rover receivers as well as the reference station was logged. This allows to verify a posteriori the calculated real time position with respect to a reference of sub dm accuracy. Additionally an evaluation of the EGNOS ionospheric model is presented.
Die Hauptmotivation für die Arbeit ist die Untersuchung der derzeitigen Verfügbarkeit, Genauigkeit und Stabilität des European Geostationary Overly Service (EGNOS) im Vergleich zu kommerziellen, lokalen DGPS-Anbietern. Im Vollausbau (full operational capability – FOC) wird EGNOS Satellitenbahn-und Uhrenkorrekturen für alle GPS Satelliten, ionosphärische Laufzeitverzögerungen und Integritätsinformationen für das GPS System aussenden. Die präsentierte Analyse basiert auf dem Vergleich zweier Trajektorien eines sich langsam bewegenden Fahrzeuges. Die Koordinatenlösungen werden gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Echtzeit Korrekturtechniken bestimmt – EGNOS und WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). Die Testfahrt wurde in unterschiedlich bebautem Stadtgebiet und auf einer Autobahn ausgeführt, wodurch die Sichtbarkeit der geostationären EGNOS Satelliten während des Tests stark variierte. Um a posteriori die in Echtzeit bestimmten Positionen kontrollieren zu können, wurden die Rohdaten der Rover Stationen und einer Referenzstation gespeichert. Ergänzend wird auch eine Evaluierung des EGNOS-Ionosphärenmodells präsentiert.
Abstract
The main purpose of this paper is to evaluate the current performance of the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) in comparison to commercial, local DGPS services. In full operational capability (FOC) EGNOS provides orbit and clock-corrections of all GPS satellites, ionospheric delays and integrity information of the GPS system. The analysis is mainly based on the comparison of the trajectories of a slowly moving vehicle obtained simultaneously by two real-time correction techniques – EGNOS and WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). The tests are carried out in urban environments with frequently varying obstructions and on a highway. Therefore the visibility of the EGNOS satellites varies during the test ride. During the trial session also raw data of the rover receivers as well as the reference station was logged. This allows to verify a posteriori the calculated real time position with respect to a reference of sub dm accuracy. Additionally an evaluation of the EGNOS ionospheric model is presented.
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VGI_200717_Opitz.pdf
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GNSS-Echtzeitorbitkontrolle auf Basis Internet-transferierter (NTRIP) RTCM-Datenströme
Kurzfassung
Seit im Zuge des Booms der mobilen Telephonie der immer und überall verfügbare Internetzugang Realität wurde, ist dieses Medium auch eine alternative Methode zur Übertragung von Korrekturdaten für die relative GPSEchtzeitpositionierung geworden. Um die Möglichkeiten desWorld WideWeb optimal auszunutzen und gleichzeitig die Sicherheitsrisiken zu minimieren, wurde vom BKG (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt) NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) entwickelt. Dieses Protokoll erlaubt es, mehreren tausend Nutzern gleichzeitig nicht nur Korrekturdaten von hunderten Referenzstationen, sondern auch Rohdaten oder Satellitenephemeriden zur Verfügung zu stellen. Aktive GNSS-Referenzstationsnetzwerke bieten heute ihre RTCM-Daten bereits über NTRIP an. Diese RTCM-Daten berücksichtigen implizit (Virtual Reference Station – VRS) oder explizit (Flächenkorrekturparameter – FKP) die im Netz gewonnene Information über systematische Fehleranteile. Zur Berechnung der Netzwerklösung dienen entweder die Satelliten-Broadcastephemeriden oder heute immer öfter präzise, prädizierte Bahnen des IGS (International GPS Service). Diese Satellitenbahnen weisen zwar eine deutlich höhere Genauigkeit (+/-10 cm) als die Broadcastorbits (+/-2 m) auf, bergen aber die Gefahr von einzelnen, immer wieder vorkommenden Ausreißern. Der vorliegende Artikel beschreibt einerseits den Datentransfer via NTRIP, der sowohl aus der Sicht der Referenz- als auch aus der Sicht der Roverstation getestet wurde. Andererseits wird das Programm „RTR-Control" vorgestellt, das den Vergleich der an den Permanentstationen gemessenen und via NTRIP empfangenen Pseudostrecken ("Pseudoranges") mit theoretischen, auf Basis präziser, prädizierter Satellitenbahnen berechneten "Pseudoranges" erlaubt. Das Programm kann somit in Echtzeit sowohl fehlerhaft prädizierte Satellitenbahnen diagnostizieren als auch, durch Mehrwegeffekte verfälschte, Pseudoranges detektieren.
Abstract
Since the boom in mobile telecommunications allows Internet access for anyone anywhere at any time, this medium has also become an alternative method for transmitting correction data for relative GPS real-time positioning. In order to exploit and optimize the options offered by theWorld WideWeb, NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) was developed. NTRIP is able to provide correction data from hundreds of reference stations as well as raw data or satellite ephemerides simultaneously for several thousand users. Therefore active GNSS reference station networks started to provide their RTCM data via NTRIP. These RTCM data streams implicitly (virtual reference station) or explicitly (area correction parameters) take into account the information gained from the reference station net, regarding systematic error components. To calculate the network resolution either satellite-broadcast ephemerides or today frequently the more precise predicted IGS (International GPS Service) orbits are used. These satellite ephemerides demonstrate significantly higher accuracy (+/-10 cm) than the broadcast orbits (+/-2 m), but carry the risk of individual, recurring outliers. This paper highlights the data transfer via NTRIP in view of both, the reference station and the rover station. Furthermore, the programme "RTR-Control", established by the first author, is presented. It allows the comparison of pseudoranges measured at any permanent station and recorded via NTRIP with theoretical pseudoranges calculated on the basis of precise, predicted satellite orbits. Thus, the programme can diagnose incorrectly predicted satellite orbits as well as detect multi-path distorted pseudoranges in real-time.
Seit im Zuge des Booms der mobilen Telephonie der immer und überall verfügbare Internetzugang Realität wurde, ist dieses Medium auch eine alternative Methode zur Übertragung von Korrekturdaten für die relative GPSEchtzeitpositionierung geworden. Um die Möglichkeiten desWorld WideWeb optimal auszunutzen und gleichzeitig die Sicherheitsrisiken zu minimieren, wurde vom BKG (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt) NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) entwickelt. Dieses Protokoll erlaubt es, mehreren tausend Nutzern gleichzeitig nicht nur Korrekturdaten von hunderten Referenzstationen, sondern auch Rohdaten oder Satellitenephemeriden zur Verfügung zu stellen. Aktive GNSS-Referenzstationsnetzwerke bieten heute ihre RTCM-Daten bereits über NTRIP an. Diese RTCM-Daten berücksichtigen implizit (Virtual Reference Station – VRS) oder explizit (Flächenkorrekturparameter – FKP) die im Netz gewonnene Information über systematische Fehleranteile. Zur Berechnung der Netzwerklösung dienen entweder die Satelliten-Broadcastephemeriden oder heute immer öfter präzise, prädizierte Bahnen des IGS (International GPS Service). Diese Satellitenbahnen weisen zwar eine deutlich höhere Genauigkeit (+/-10 cm) als die Broadcastorbits (+/-2 m) auf, bergen aber die Gefahr von einzelnen, immer wieder vorkommenden Ausreißern. Der vorliegende Artikel beschreibt einerseits den Datentransfer via NTRIP, der sowohl aus der Sicht der Referenz- als auch aus der Sicht der Roverstation getestet wurde. Andererseits wird das Programm „RTR-Control" vorgestellt, das den Vergleich der an den Permanentstationen gemessenen und via NTRIP empfangenen Pseudostrecken ("Pseudoranges") mit theoretischen, auf Basis präziser, prädizierter Satellitenbahnen berechneten "Pseudoranges" erlaubt. Das Programm kann somit in Echtzeit sowohl fehlerhaft prädizierte Satellitenbahnen diagnostizieren als auch, durch Mehrwegeffekte verfälschte, Pseudoranges detektieren.
Abstract
Since the boom in mobile telecommunications allows Internet access for anyone anywhere at any time, this medium has also become an alternative method for transmitting correction data for relative GPS real-time positioning. In order to exploit and optimize the options offered by theWorld WideWeb, NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) was developed. NTRIP is able to provide correction data from hundreds of reference stations as well as raw data or satellite ephemerides simultaneously for several thousand users. Therefore active GNSS reference station networks started to provide their RTCM data via NTRIP. These RTCM data streams implicitly (virtual reference station) or explicitly (area correction parameters) take into account the information gained from the reference station net, regarding systematic error components. To calculate the network resolution either satellite-broadcast ephemerides or today frequently the more precise predicted IGS (International GPS Service) orbits are used. These satellite ephemerides demonstrate significantly higher accuracy (+/-10 cm) than the broadcast orbits (+/-2 m), but carry the risk of individual, recurring outliers. This paper highlights the data transfer via NTRIP in view of both, the reference station and the rover station. Furthermore, the programme "RTR-Control", established by the first author, is presented. It allows the comparison of pseudoranges measured at any permanent station and recorded via NTRIP with theoretical pseudoranges calculated on the basis of precise, predicted satellite orbits. Thus, the programme can diagnose incorrectly predicted satellite orbits as well as detect multi-path distorted pseudoranges in real-time.
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