BeiDou ile diğer global konum belirleme sistemlerinin karşılaştırmalı analizi ve troposferik kestirimler
Comparative analysis of BeiDou and other global positioning systems and tropospheric estimations
Yazar: VOLKAN AKGÜL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KURTULUŞ SEDAR GÖRMÜŞ ; PROF. DR. SHUANGGEN JIN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Günümüzde, Global Navigasyon Uydu Sistemi (Global Navigation Satellite System (GNSS)) ulaşım, inşaat, tarım, meteoroloji, afet izleme, risk yönetimi gibi birçok alanda kullanımı ile insan yaşamında büyük önem taşımaktadır. Sivil ve askeri alanlardaki kazanımlarından dolayı, gelişmiş ülkeler kendi konumlandırma hizmetlerini oluşturma çabası içindedirler. BeiDou Navigayon Uydu Sistemi (BeiDou Navigation Satellite System (BDS)), Çin'in bu kapsamda geliştirdiği ve 2020 yılı itibariyle tam kapasite devreye giren bir konum belirleme servisidir. Tüm sistemlerde olduğu üzere BDS de sivil kullanıma açılmadan önce çeşitli testlere tabi tutulmaktadır. Sistemin kontrolü diğer konum belirleme servisleriyle aynıdır ve yer kontrol istasyonları tarafından takip edilmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'de bulunan ZBEU yer kontrol istasyonundan alınan 30 saniye aralıklı BDS verileri, konum duyarlık kaybı, uydu ile alıcı arası yapay uzaklıktaki çok yolluluk ve taşıyıcı faz sinyal-gürültü oranı ile performans analizi gerçekleştirilmiştir. BDS'nin multipath ve SNR sonuçları diğer global konum belirleme servislerinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, Karadeniz ve Akdeniz'de belirlenen güzergahlar boyunca 1 saniyelik aralıklı BDS verileri kinematik test sonuçları irdelenmiştir.
Uydu görünürlüğü, PDOP (position dilution of precision) ve konum belirleme performansı belirlenen deniz güzergahı boyunca Single Point Positioning (SPP) ile analiz edilmiştir. PPPLib yazılımı ile ZBEU GNSS istasyonuna ait 1 Şubat 2021 tarihli 30 saniye aralıklı BDS verileri ile Hassas Nokta Konum Belirlemesi (Precise Point Positioning (PPP)) analizi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma kapsamında BDS PPP için ortalama yakınsama süreleri ve karesel ortalama hataları tek, çift ve üç frekanslı çözümler ile irdelenmiştir.  Yakınsama sonrası koordinat bileşenlerinde yaklaşık 2cm'lik doğruluklara erişilebildiği gözlenmiştir. Tek frekanslı çözümlemelere göre çok frekanslı çözümlemeler daha düşük yakınsama süresi ve karesel ortalama hatalarına erişme imkanı sağlamaktadır.
BDS'nin farklı frekans sonuçları test edildikten sonra çift frekanslı GPS, BDS, Galileo ve GLONASS sonuçları ele alınmıştır. Daha sonra ise, çift frekanslı BDS, GPS+BDS ve GPS+BDS+Galileo+GLONASS kombinasyonları için yakınsama süresi ve karesel ortalama hataları açısından değerlendirmeler yapılmıştır. Tek sistemli değerlendirmelerle karşılaştırıldığında, çoklu sistem değerlendirmeleri ile daha düşük yakınsama süreleri ve karesel ortalama hata değerlerine erişilmiştir. Sistemlerin küresel ölçekte verimliklerini değerlendirmek üzere, dünya genelinde 6 farklı kıtayı en iyi temsil edecek şekilde 29 adet IGS istasyonu verileri değerlendirilmiştir. Hangi sistemin hangi kıtada daha etkili ve kullanılabilir olduğu ortaya koyulma çalışılmıştır. GNSS PPP ile troposferik zenit gecikmesi ve ıslak zenit gecikmeleri elde edilmiş, ıslat zenit gecikmelerinden yoğuşabilir su buharı değerlerine dönüşüm yapılarak, bu GNSS istasyonlarına en yakın radiosonda istasyonlarından elde edilen yoğuşabilir su buharı (PWV) değerleriyle kıyaslamalar gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Nowadays, Global Navigation Satellite System (GNSS) is of great importance in human life with its use in many areas such as transportation, construction, agriculture, meteorology, disaster monitoring and risk management. Due to their achievements in the civil and military fields, developed countries are trying to create their own positioning services. BeiDou Navigation Satellite System (BDS) is a global positioning system developed by China in this context and has been put into operation at full capacity as of 2022. As with all systems, BDS is subjected to various tests before being put into civilian use. The control of the system is the same as other positioning services and is monitored by ground control stations. In this study, 30-second BDS data of the ZBEU ground control station in Turkey was used to analyze performance with position dilution of precision (PDOP), pseudorange multipath, and carrier phase signal-to-noise ratio (SNR) has been carried out. Multipath and SNR results of BDS were compared with the results of other global positioning systems. In addition, kinematic test results of 1-second interval BDS data along the routes determined in the Black Sea and the Mediterranean were examined. 
Satellite visibility, PDOP and positioning performance were analyzed with the Single Point Positioning (SPP) technique along the determined sea route. Precision Point Positioning (PPP) analysis was carried out with 30-second interval BDS data of the ZBEU GNSS station from February 1, 2021, with PPPLib software. Within the scope of this study, convergence times and root mean square errors for BDS PPP were examined with single, double and triple frequency solutions. It was observed that accuracy of approximately 2cm could be achieved in the 3 dimensional coordinate components after convergence. Compared to single-frequency analyses, multi-frequency analyzes provide the opportunity to achieve lower convergence time and rmse.
After testing different frequency results of BDS, the results of dual-frequency GPS, BDS, Galileo and GLONASS were discussed. Then, evaluations were made in terms of convergence time and rmse for dual-frequency BDS, GPS+BDS and GPS+BDS+Galileo+GLONASS combinations. Compared to single-system evaluations, multi-system evaluations yielded lower convergence times and rmse. In order to evaluate the efficiency of the systems on a global scale, data from 29 IGS stations were evaluated to best represent 6 different continents around the world. An attempt has been made to reveal which system is more effective and usable in which continent. Tropospheric zenith delay and wet zenith delays were obtained with GNSS PPP, and by converting wet zenith delays to precipitable water vapor (PWV) values, comparisons were made with the PWV values obtained from the radiosonde stations closest to these GNSS stations.