Sinyal gürültü oranı verileri ile küresel navigasyon uydu sistemleri reflektometri yönteminin irdelenmesi
Examination of the global navigation satellite systems reflectometry method with signal to noise ratio data
Yazar: CEMALİ ALTUNTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. NURSU TUNALIOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Küresel konumlandırma sistemleri = Global positioning system ; Sinyal-gürültü oranı = Signal-noise rate ; Toprak nemi = Soil moisture

Özet:
Küresel Navigasyon Uydu Sistemleri (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) günümüzde yüksek doğrulukla gerçek zamanlı konum belirlemede kullanılmaktadır. GNSS sinyalleri çeşitli hata kaynaklarından etkilenmektedir. Bu hata kaynaklarının en önemlilerinden biri de çok yolluluk (multipath) etkisidir. Bu etki, GNSS sinyalinin alıcıya bir veya birden fazla yüzeyden yansıyarak ulaşması durumunda ortaya çıkmaktadır. Yansıyan sinyallerin analiz edilmesiyle yansıma yüzeylerinin özelliklerine ilişkin bilgiler GNSS Reflektometri (GNSS-R) adı verilen yöntemle elde edilebilmektedir. Bu tez çalışmasında, yöntemle elde edilen sonuçların iyileştirilmesine ve yöntemin farklı alanlarda uygulanmasına yönelik dört farklı çalışma gerçekleştirilmiştir. İlk çalışmada dört farklı jeodezik alıcı kullanılarak reflektör yüksekliğinin ve yükseklik farklarının kestirilmesi doğruluk analizleriyle yapılmıştır. İkinci çalışmada jeodezik alıcı ve tek frekanslı GNSS çip setine sahip akıllı telefon kullanılarak reflektör yüksekliği kestirilmiş ve akıllı telefonun sağladığı veri kapsamlı şekilde ele alınmıştır. Üçüncü çalışmada sabit bir GNSS istasyonunun L2 sinyal-gürültü oranı (signal-to-noise ratio, SNR) verileri farklı stratejilerle analiz edilmiştir. Son çalışmada ise jeodezik bir alıcının baş ucu ve ufuk doğrultusuna bakacak şekilde kurulduğu iki farklı durum değerlendirilmiştir. Bununla anten yöneliminin SNR verisi üzerindeki etkisi irdelenmiştir. Yapılan deneyler neticesinde GNSS-R tekniğiyle reflektör yüksekliğinin ve yükseklik farklarının cm'ye yakın bir seviyede belirlenebileceği ortaya koyulmuştur. Bununla beraber, jeodezik GNSS alıcılarına göre çok düşük maliyetli olan akıllı telefonların GNSS-R çalışmalarında kullanılabilir olduğu ve kestirimlerin jeodezik alıcılara göre daha doğru sonuç verdiği gösterilmiştir. Sabit bir GNSS istasyonundan sağlanan SNR verisiyle, P-02 isimli stratejiyle yapılan toprak nemi kestirimlerinin doğrulama ölçüleri ile %95'lik bir korelasyona sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, alıcıları farklı şekilde kurmanın 20 dereceden küçük uydu yükseklik açısı aralıkları için, kestirimlerde anlamlı bir etkiye sahip olmadığı görülmüştür. Fakat 30 dereceden büyük yükseklik açısı aralıkları için reflektör yüksekliği kestirimlerinde ufka bakan alıcı daha iyi sonuç vermiştir. Genlikle ilgili parametrelerin belirlenmesinde ise alıcıyı ufka yönlendirmenin daha uygun olabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are used for real-time positioning with high accuracy. GNSS signals are affected by various error sources. One of the major error sources is the multipath, which occurs when the signal reaches the receiver by reflecting from surfaces. By analyzing the reflected signals, the characteristics of the surfaces can be obtained by the method called GNSS Reflectometry (GNSS-R). In this thesis, four studies have been carried out. In the first, the estimation of the reflector height and height differences was performed by accuracy analysis. In the second, the reflector height was estimated using a geodetic receiver and a smartphone with a single frequency GNSS chipset, and the data provided by the smartphone were comprehensively discussed. In the third, L2 signal-to-noise ratio (SNR) data of a continuously operating GNSS site were analyzed with different strategies. In the last study, the effect of antenna orientation was examined. By experiments, it has been shown that the reflector height and height differences can be estimated with an accuracy of around cm with GNSS-R method. However, it has been shown that smartphones, which are very low cost compared to geodetic GNSS receivers, can be used in GNSS-R studies and give better results. It has been shown that with the SNR data of a stationary GNSS site, soil moisture estimations made with the P-02 strategy have a correlation of \%95 with in-situ measures. Besides, it has been observed that changing the receiver orientation has no significant effect on the estimates for the elevation angle ranges less than 20 degree. For the ranges greater than 30 degree, the horizon-oriented receiver gave better results. It was concluded that horizon-oriented receiver would be more appropriate to retrieve amplitude-related parameters.