GPS ölçülerinin değerlendirilmesinde başlangıç faz belirsizliğinin araştırılması
Research on the inital phase ambiguity in evaluating GPS observables
Yazar: ORHAN KURT
Danışman: PROF. DR. ŞERİF HEKİMOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
ÖZETBu tezin amacı GPS (Global Positioning System) ile bağıl konum belirlemede Başlangıç FazBelirsizliği (BFB) kestirimini etkileyen faktörleri inceleyerek, yeni bir yöntem önermek ya davar olan yöntemlere katkıda bulunmaktır. Bu amaçla BFB kestiriminin genel karakterini iyiyansıtan ve en iyi bilinen yöntemlerden biri olan LAMBDA (Least AMBiguty DecorelationAdjustment) yöntemi üzerinde durulmuştur. BFB kestirimini etkileyen faktörler incelenirkenbu yöntem kullanılmış ve bu yöntemin farklı koşullardaki başarısı da test edilmiştir. BFBkestirimini etkileyen faktörler simülasyonla türetilen gözlem dosyaları üzerinde tartışılmıştır.Ayrıca, BFB'nin geçerliği için önerilen test işlemelerinin güvenirlikleri de simülasyonlatüretilen bu dosyalar üzerinde incelenmiştir.GPS'de iki ana konum belirleme yöntemi vardır. Bunlar mutlak konum belirleme ve bağılkonum belirlemedir. Mutlak konum belirleme genellikle navigasyon amaçlı olarak ya da bağılkonum belirlemedeki yaklaşık değerleri iyileştirmek için kullanılır. Bağıl konum belirleme iseduyarlı konum belirlemenin temelini oluşturur.Duyarlı bağıl konum belirleme; gözlem türü ya da türlerine, matematik modele, atmosferikmodele ve BFB kestirimine bağlı olarak değişir. Eğer baz uzunluğu yeterince kısa (<10km)ise, DD (Double Differences) faz ölçü modelinde atmosferik etkiler ihmal edilir. Modeldesadece baz bileşenleri ve BFB bilinmeyenleri kalır. BFB'nin tamsayı olma ön bilgisi bazuzunluklarının duyarlıklarını güçlendirmek için kullanılır. Genellikle, en büyük olasılıklıBFB kestirimi En Küçük Kareler (EKK ya da â2_Norm) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir.Tamsayı olması gereken BFB'nin en büyük olasılıklı değerinin doğrudan elde edilebilmesinisağlayan bir yöntem bulunmamaktadır. EKK yöntemine dayanan ayrı bir araştırma tekniğikullanılır. Bu araştırma işlemini gerçekleştiren bir çok yöntem vardır. LAMBDA yöntemibunlardan biridir. LAMBDA yöntemi, özellikle kısa süreli GPS ölçülerinde doğru BFBdeğerini bulmada oldukça etkilidir. Buna rağmen, bu metot ve diğer metotlar doğru DD-BFBkestirimi yapabilmek için bazı kısıtlamalar altında birkaç epok ölçüye ihtiyaç duymaktadırlar.BFB kestiriminin son noktası anlık kestirimdir. Eğer bu mümkün olursa, bir epokluk veriduyarlı konum belirleme için yeterli olacaktır. BFB kestirimi ile ilgili çalışmalara bu aşamayaulaşıncaya kadar devam edilecektir. BFB kestiriminde son noktaya ulaşabilmek için, iki anakonu üzerinde çalışılmalıdır.â¢ Matematik modeli geliştirmek.â¢ Robust bir yöntem uygulamak.Eğer ölçüler normal dağılımlı ve model hatası yok ise EKK yöntemi en optimum sonucuvermektedir. Fakat EKK yöntemi kaba hatalara karşı oldukça duyarlıdır. GPS ölçülerinin enönemli rasgele hata kaynaklarından olan küçük yansıma hataları kaba hata niteliğindedir vebunların parametreler üzerindeki etkileri giderilmelidir. Bu çalışmada, EKK yöntemine görekaba hatalara karşı duyarsız olan ve yukarıdaki ikinci maddeye giren En Küçük Toplam (EKTya da â1_Norm) yöntemi denenmiştir. Bu yöntemin, kendi çözümleme biçimi ve bağıl konumbelirleme probleminin geometrisinden kaynaklanan kondisyon probleminden dolayı, bağılkonum belirlemeye uygun olmadığı kanısına varılmıştır.Anahtar Kelimeler: GPS ile Bağıl Konum Belirleme, En Küçük Kareler (â2_Norm) ve EnKüçük Toplam (â1_Norm) Kestirimi, Başlangıç Faz Belirsizliği Çözümü ve Geçerliliği.vii

Abstract:
ABSTRACTThis research work proposes a new method or improves the well-known methods forambiguity resolution at relative positioning with GPS (Global Positioning System), whileeffective factors on it are examined. For this reason, one of most known methods beingLAMBDA (Least AMBiguity Decorelation Adjustment), which demonstrate general characterof ambiguity estimation, is stood on. When the effective factors on ambiguity resolution areexamined, the method is used and is also argued with its success of ambiguity estimation atdifferent conditions. The factors on ambiguity estimation are studied on simulated GPSobservation files at RINEX (Receiver INdependent EXchange) format. Moreover, reliabilityof proposed test procedures for ambiguity validation also inspects on the simulatedobservation files.There are two main positioning methods in GPS and the other methods are derived fromthem. These are point positioning and relative positioning. Generally, while the first use fornavigation or improve approximated point coordinates before relative positioning because ofmeter accuracy, the second used to precise positioning.Relative position with centimeter or sub centimeter precision is up to some restrictions whichare observation type/types, mathematical model, atmospheric models and ambiguityestimation. The restrictions are altered according to baseline length. If the length of thebaseline is sufficiently short (<10km), atmospheric effects are ignored at DD phaseobservation model. Then unknowns of baseline components and integer DD ambiguities areonly remained in the model. Most likely integer ambiguities are generally determined byLeast Squares (LS or â2_Norm estimation). But the ambiguities after the LS are floatnumbers. Since it is known that the ambiguities are to be integer numbers, the most likelyinteger ambiguities are computed from the ordinary LS solution via a discrete search process.There are a lot of methods for that process. One of them is LAMBDA method. LAMBDAmethod is very efficient to find correct integer DD ambiguities for especially shortobservation time span. In spite of this, this method and the other methods need some epochobservations to estimate correct DD ambiguities under some restrictionsEnd point for DD integer ambiguity estimation is instantaneous estimation. If this is possible,one epoch data is enough to centimeter or sub centimeter precision of positioning. Studiesabout DD integer ambiguity estimation will continue to the stage. To reach the end point DDambiguity estimation, one has to study on two main topics or improved them.â¢ To improve the mathematical model.â¢ To use robust estimation methods.If observations are normally distributed and the model is complete, then the LS gives mostoptimum results for relative positioning, too. But, LS is very sensitive to outliers in theobservations. Short multipath, one of important random errors sources, is like outlier and itseffect has to be reduced on parameters. In this study, it is proposed â1_Norm estimation thatis more insensitive to outliers then LS for the second topic. End of this study, It is convincedthat â1_Norm estimation is not suitable for the relative positioning due to its solution type andcondition problem in geometry of the relative position with GPS.Keywords: Relative Positioning with GPS, â2_Norm and â1_Norm Estimations, AmbiguityResolution and Validation.viii