Enhancement of Real-Time Absolute GNSS Positioning Performance
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Geomatik Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BERKAY BAHADUR
Danışman: Metin Nohutcu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Küresel Navigasyon Uydu Sistemi (GNSS) topluluğu, dijitalleşme, büyük veri, yapay zeka, insansız hava araçları, otonom arabalar, mobil ve giyilebilir teknolojiler gibi küresel teknolojik akımların etkisiyle son yıllarda önemli değişiklikler yaşamaktadır. Çoğunlukla bu güncel teknolojik akımlar tarafından yönlendirilen anlık konum belirleme çözümlerine olan ihtiyaç bugünlerde geçmişte hiç olmadığı kadar önem arz etmektedir. Bunun bir sonucu olarak son zamanlarda daha uygun maliyetli GNSS çözümleri ile gerçek-zamanlı olarak daha yüksek konum belirleme doğruluğuna erişebilmek için artan bir ilgi mevcuttur. Artan ilgiye cevaben mevcut konum belirleme modellerini iyileştirmek amacıyla son zamanlarda yoğun gayret sarf edilmiştir. Bu noktada, eşzamanlı referans istasyon ihtiyacını ortadan kaldırması ve bu sayede rölatif ve/veya diferansiyel GNSS konum belirleme tekniklerine kıyasla daha uygun maliyet ve uygulama kolaylığı sağlaması nedeniyle mutlak konum belirleme teknikleri uzun süredir GNSS kullanıcıları tarafından büyük ilgi görmektedir. Dahası, mutlak konum belirleme teknikleri çoğunluğu mobil cihazlarda bulunan düşük maliyetli GNSS alıcıları ile doğal olarak uyumludur. Düşük maliyetli GNSS alıcılarının büyük çoğunluğu yalnızca tek frekanslı gözlemleri sağlayabilse de bazı üreticiler çift frekanslı kod ve faz gözlemlerini kaydedebilen yeni düşük maliyetli alıcı modellerini yakın geçmişte piyasaya sürmüşlerdir. Daha uygun maliyetle daha yüksek konum belirleme doğruluğuna erişebilmek için gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme tekniklerinde daha karmaşık ve gelişmiş yaklaşımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kapsamda, bu tezin temel amacı tek ve çift frekanslı GNSS alıcılarını düşünerek gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme teknikleri için gelişmiş konum belirleme yaklaşımları sağlamaktır. Bu amaçla, bu tezde tek frekanslı kod konumlama, tek frekanslı kod-faz kombinasyonu ve çift frekanslı hassas nokta konumlama (Precise Point Positioning, PPP) olmak üzere üç mutlak konum belirleme tekniğiyle birlikte kullanılmak için iki temel konum belirleme yaklaşımı önerilmiştir. İlk yaklaşım Uluslararası GNSS Servisi'nin (International GNSS Service, IGS) gerçek-zamanlı servis (Real-time Service, RTS) ürünleriyle çalışmak üzere tasarlanırken, ikinci yaklaşım için ultra-hızlı ürünler temel uydu yörünge ve saat kaynağı olarak kullanılmıştır. Her iki yaklaşım da GPS, GLONASS, Galileo ve BDS uydularını içeren çoklu-GNSS çözümüyle uyumludur. Diğer taraftan, bu tez gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme teknikleri için robust Kalman filtresi ve varyans bileşen tahmini yöntemlerini birleştiren yeni bir filtreleme metodu önermektedir. Ek olarak, önerilen konum belirleme yaklaşımlarını ve algoritmalarını uygulayabilmek için PPPH-RT adlı bir GNSS analiz yazılımı da bu tez kapsamında geliştirilmiştir. Gelişmiş konum belirleme yaklaşımlarının performansını değerlendirmek amacıyla çeşitli deneysel testler gerçekleştirilmiştir. Tüm konum belirleme çözümleri, gerçek-zaman koşullarına uygun olacak şekilde kinematik işleme modunda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, ultra-hızlı ürünleri kullanan gerçek-zamanlı mutlak konum belirleme tekniklerinin performansının önerilen yaklaşımla iyileştirilebileceğini göstermektedir. Çoklu-GNSS çözümünde, 1 saatlik yineleme periyoduna sahip WHU (Wuhan University) ultra-hızlı ürünlerinin kullanılması tüm gerçek-zamanlı konum belirleme teknikleri için daha iyi konum belirleme performansı sağlamıştır. Ayrıca sonuçlar, özellikle herhangi bir ilave bağlantı gerektirmeden çalışabildikleri göz önüne alındığında gelişmiş konum belirleme yaklaşımları ile ultra-hızlı ürünlerin gerçek-zamanlı konum belirleme çözümleri için önemli bir alternatif olduğunu ortaya koymuştur. Öte yandan, sonuçlar gelişmiş konum belirleme yaklaşımları ile IGS-RTS ürünlerinin, ultra-hızlı ürünlere kıyasla tüm gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme teknikleri için daha bir iyi konum belirleme performansı sergilediğini göstermektedir. Ayrıca, ultra-hızlı ürünlerin aksine IGS-RTS ürünlerden elde edilen konum belirleme performansında herhangi bir zamana bağlı kötüleşme olmamıştır. Yine de ek bir bağlantıya duyulan ihtiyaç IGS-RTS ürünler için bir dezavantaj olarak görülebilir. Diğer taraftan, önerilen filtreleme metodun performansı incelendiğinde sonuçlar bu metodun çoklu-GNSS gözlemlerinin stokastik özelliklerini geleneksel yaklaşımlara göre daha iyi bir şekilde belirleyebildiğini ve bu sayede gerçek-zamanlı mutlak GNSS konum belirleme çözümlerinin performansını önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir. Standart Kalman filtresi ve daha yüksek öncül varyans oranı yöntemini içeren geleneksel filtreleme yaklaşımı ile kıyaslandığında önerilen yöntem, gerçek-zamanlı tek frekanslı kod konumlama, tek frekanslı kod-faz kombinasyonu ve çift frekanslı PPP çözümlerinin üç boyutlu konum belirleme doğruluğunu sırasıyla %52,5, %24,8 ve %43,9 oranında iyileştirmiştir.