Kinematic Standard Point Positioning (SPP) based on Kalman Filter and C/A Code Observations Under Intense Geomagnetic Storm Conditions

Nobakht Orsi, Fereydon; Safari, Abdolreza; Khodabandeh, Amir

doi:10.22034/jsst.2020.1280

Kinematic Standard Point Positioning (SPP) based on Kalman Filter and C/A Code Observations Under Intense Geomagnetic Storm Conditions

Document Type : Original Research Paper

Authors

Fereydon Nobakht Orsi ¹

Abdolreza Safari ²

Amir Khodabandeh ³

¹ School of Surveying and Geospatial Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

² Professor, School of Surveying and Geospatial Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

³ GNSS Research Centre, Department of Spatial Sciences, Curtin University of Technology, Perth, Australia

10.22034/jsst.2020.1280

Abstract

In this paper, we discussed standard point positioning technique based on the single frequency code-based (C/A) receivers. Then, we presented its performance by means of different measures. However, the use of one single frequency GPS receiver to obtain high-precision positioning make a major challenge due to the environmental biases, in particular the ionospheric effects are handled. The main objective of the present study is to integrate a inospheric model such as Klobuchar Inospheric Model (KIM) with imprecise code (C/A) observations under intense geomagnetic storm conditions, then, to obtain dm level positioning accuracy using Kalman filter. For this purpose we used code (C/A) observations on two different days (February 26, 2018 and December 20, 2015) at Tehran station. The results show that we could obtain multi-dm level positioning accuracy under geomagnetic storm condition by using Kalman filter that will be important in the field of kinematic applications.

Keywords

Kalman filter

Geomagnetic storm

SPP

GPS

KIM

20.1001.1.20084560.1400.14.3.9.0

Subjects

Remote sensing

Article Title Persian

تعیین موقعیت نقطه ای استاندارد (SPP) کینماتیکی در شرایط طوفان ژئو مغناطیسی شدید با استفاده از فیلتر کالمن و مشاهدات کد C/A

Authors Persian

فریدون نوبخت ارسی ¹

عبدالرضا صفری ²

امیر خدابنده ³

¹ دانشکده مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

² استاد، دانشکده مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

³ مرکز تحقیقات GNSS، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی کرتین، پرث استرالیا

Abstract Persian

در این مقاله، تعیین موقعیت نقطه‌ای استاندارد (SPP) با یک گیرنده تک فرکانسه-کد مبنا (C/A) مورد بحث و بررسی قرار گرفته و کارایی آن به وسیله سنجه‌های مختلف نشان داده شده است. استفاده از یک گیرنده تک فرکانسه GPS برای بدست آوردن موقعیت‌های دقیق با یک چالش اصلی به خاطر بایاس‌های محیطی (بخصوص تاثیرات یونسفری) مواجه است که باید مورد بررسی قرار گیرد. هدف اصلی در این مقاله، آن است که یک مدل یونسفری غیر دقیق مانند مدل کلابچر را با مشاهدات غیر دقیق کد (C/A) در شرایط ژئومغناطیسی شدید تلفیق نماید و با استفاده از الگوریتم فیلتر کالمن به دقت‌هایی در سطح dm برسد. برای این منظور مشاهدات کد C/A را در روزهای 26 فوریه 2018 و 20 دسامبر 2015 در ایستگاه دائمی تهران انتخاب کردیم. نتایج حاصل، نشان می‌دهد که در شرایط طوفان ژئومغناطیسی شدید می-توان با بکارگیری فیلتر کالمن به دقتی در سطح چند دسی متر دست یافت که در بسیاری از کاربردهای کینماتیکی می‌تواند پراهمیت باشد.

Keywords Persian

فیلتر کالمن

طوفان ژئومغناطیسی

SPP

GPS

مدل کلابچر

1. ‎ Bogatin‎‎‎, K. Foppe, P. Wasmeier, T. A. Wunderich, T. Sch‎‎a‎fer and D. Kogoj, “‎Evaluation ‎of ‎linear ‎‎Kalman ‎filter ‎processing ‎geodetic ‎kinematic measurements”‎‎‎, ‎Measurement, vol. ‎41‎‎, pp. ‎561‎--‎578, ‎2008.‎‎‎

2. L. Choy, ‎“‎An investigation into the accuracy of single frequency precise point positioning," Ph.D. thesis, RMIT University, Australia, 2009.

3. V. Demyanov,‎ X. Zhang and‎ X.‎ ‎Lu,‎ ‎“‎Moderate geomagnetic storm condition, WAAS Alerts and real GPS positioning ‎quality‎‎‎,” Journal of Atmospheric Science ‎Research‎‎, vol. 2, no. 1, pp. 10-23, 2019.

4. ‎‎‎ Gamse‎‎‎‎, ‎F. ‎Nobakht-Ersi and M.A‎. Sharifi, “‎Statistical process control of a Kalman filter model”‎‎, Sensors‎‎, ‎vol. 14‎‎‎, ‎no.10, 18053–18074, 2014.‎

5. Gao and X. Shen, “A new method for carrier phase based precise point positioning navigation”, Journal of the Institute of Navigation, vol. 49m no. 2, pp.109-116, 2002.

6. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and E. Wasle, GNSS Global Navigation Satellite Systems: GPS, Glonass, Galileo & More, Springer Wien, New York, 501 p, 2008.

7. J.A‎. Klobuchar‎, ‎ ‎‎"Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users‎," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES. 23, no. 3, pp. 325-331‎, 1987‎.

8. W‎. Liu‎, ‎ “Positioning performance of single frequency GNSS receivers using Australian regional ionospheric corrections”, MSc‎. ‎Thesis, Queensland Univ‎. ‎of Technology‎, ‎2016‎. ‎

9. ‎D‎. Odijk‎, Fast precise GPS positioning in the presence of‎ ‎ionospheric delays, ‎Publications on geodesy‎, ‎52‎, ‎Netherlands Geodetic Commission‎, ‎Delft‎, ‎The Netherlands‎, ‎2002‎.

10. S.‎ Subirana‎, ‎J.M.J. Zornoza ‎and M. Hernandez-Pajares‎, ‎ESA_GNSS data processing‎, ‎Vol‎. ‎I‎: ‎Fundamentals and Algorithms, ESA Communications‎, ‎The Netherlands‎, ‎2013‎.

11. J.G. Teunissen, and A. Kleusberg, GPS for geodesy, 2^nd edition, Springer-Verlag, 1998.

12. X‎. Yu‎‎ ‎and ‎ J‎‎. Gao‎, ‎ “‎Kinematic precise point positioning using multi-constellation global navigation satellite system (GNSS) observations”‎‎, ISPRS Int.‎ ‎Geo-Inf‎‎, ‎vol.6‎, no. ‎6‎, ‎‎‎ ‎2017‎‎.‎

13. 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, Issue B3, pp.5005-5017,1997.

14. Available, [on line]: http://cddis.nasa.gov/gnss/data

15. Available, [on line]: https://cdaweb.sci.gscf.nasa.gov/

16. Available, [on line]: http://wdc.kugi.kyotou.ac.jp/ dstdir/