Phase-Phase and Phase-Code methods modification for precise detecting and predicting the GPS cycle slip error

• Autorzy: Elashiry A. A. , Youssef M. A. , Abdel Hamid M. A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/aon-2015-0019

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

There are three well-established detecting methods for cycle slip error, which are: Doppler measurement method, Phase-Code differencing method, and Phase-Phase Differencing Method. The first method depends on the comparison between observables and the fact that Doppler measurements are immune to cycle slip error. This method is considered as the most precise method for cycle slip detecting, because it succeed in detecting and predicting the smallest cycle slip size (1 cycle) in case the local oscillator has low bias. The second method depends on the comparison between observables (phase and code) and the code measurements are immune to the cycle slip error. But this method can’t detect or predict cycle slip size smaller than 10 cycles, because the code measurements have high noise. The third method depends on the comparison between observables (phase 1 and phase 2) and the phases measurements that have low noise. But this method can’t detect or predict cycle slip size smaller than 5 cycles, because the ionospheric change might have a high variation. For enhancing the precision of the last two methods in detecting the smallest cycle slip which size reaches 1 cycle, a new algorithm was developed in this research to determine the change in the ionospheric values and the code bias from epoch to epoch. That is done by solving all observables equations by least square technique. This modification on these methods succeed in detecting and predicting cycle slips of size of 1 cycle.

PL

Powszechnie znane są trzy metody wykrywania przeskoków fazowych (utraty cyklu, cycle slip) w fazowych pomiarach GPS. Są to: metoda Dopplerowska, metoda różnicy Faza-Kod i metoda różnicy pomiędzy fazami (Faza-Faza). Pierwsza z nich polega na porównaniu wartości obserwowanych i korzysta z faktu, że pomiary częstotliwości dopplerowskiej są odporne na przeskoki fazy. Metoda ta jest uważana za najbardziej dokładną spośród metod wykrywania utraty cyklu, albowiem pozwala wykrywać i przewidywać najmniejsze wartości utraty cyklu (1 cykl) pod warunkiem niewielkiego odstrojenia lokalnego generatora. Druga metoda polega na porównaniu wartości obserwowanych fazy i kodu z wykorzystaniem faktu, że pomiary kodowe są odporne na przeskoki cyklu. Jednakże metoda ta nie pozwala wykryć utraty cykli mniejszych niż dziesięć okresów z powodu wartości szumu pomiarów kodowych. Trzecia metoda polega na porównaniu wartości obserwowanych wyłącznie w domenie pomiarów fazowych w kolejnych epokach i uwzględnia fakt, że pomiary fazowe cechują się niższym zaszumieniem. Jednak ta metoda nie pozwala dostrzec przeskoków cyklu o wartości mniejszej niż 5 z powodów własności jonosfery. Dla zwiększenia dokładności ostatnich dwóch metod i możliwości wykrycia pojedynczych przeskoków cyklu zaproponowano nowy algorytm wykrywania przeskoków fazy wywołanych zmianami stanu jonosfery pomiędzy epokami. Zostało to osiągnięte poprzez rozwiązywanie wszystkich równań obserwacyjnych metodą najmniejszych kwadratów. Ta modyfikacja pozwoliła wykrywać nawet pojedyncze przeskoki cyklu.

Słowa kluczowe

EN

GPS; Cycle slip; Phase-Code differencin; Phase-Phase differencing; Doppler measurements

• Wydawca: Polskie Forum Nawigacyjne
• Czasopismo: Annual of Navigation
• Rocznik: 2015
• Tom: No. 22
• Strony: 31--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Elashiry A. A.

• Beni-Suef University, Beni-Suef, Egypt

autor

Youssef M. A.

• Assiut University, Assiut, Egypt

autor

Abdel Hamid M. A.

• Beni-Suef University, Beni-Suef, Egypt

Bibliografia

• [1] Ashby N., Relativity in the Global Positioning System, Journal of Living Review in Relativity, 2003, Vol. 6.
• [2] Banville S. et. al., Cycle-Slip Correction for Single-Frequency PPP, Proceedings of the Institute of Navigation ION GNSS, 2012.
• [3] Bossler J. D. et. al., Manual of Geospatial Science and Technology, Taylor & Francis is an imprint of the Taylor & Francis Group, 2002.
• [4] Cai C. et. al., Cycle Slip Detection and Repair for Undifferenced GPS Observations Under High Ionospheric Activity, Journal of GPS Solution, 2013, Vol. 17, pp. 247–260.
• [5] Chaib C. et. al., Measurements for GPS Meteorological Applications, Journal of Energies Renouvelables, 2007, Vol. 10, No. 2, pp. 299–309.
• [6] Dai Z., MATLAB Software for GPS Cycle-Slip Processing, Journal of GPS Solu-tion, 2012, Vol. 16, pp. 267–272.
• [7] Dawod G. M., Some Considerations in the Adjustment of GPS-Derived Baselines in the Network Mode, Master’s thesis, Department of Geodetic Science and Sur-veying, Ohio State University, 1991.
• [8] Gustavsson P., Development of a Matlab Based GPS Constellation Simulation for Navigation Algorithm Developments, Master’s Thesis, Space Science Department, Lulea University of Technology, 2005.
• [9] Karaim M. et. al., GPS Cycle Slip Detection and Correction at Measurement Level, British Journal of Applied Science & Technology, 2014, Vol. 29, No. 4, pp. 4239–4251.
• [10] Kim D., Instantaneous Real-Time Cycle-Slip Correction For Quality Control of GPS Carrier-Phase Measurements, Proceedings of the Institute Of Navigation ION GNSS, 2002.
• [11] Klobuchar J. A., Ionospheric Time-Delay Algorithm for Single-Frequency GPS Users, IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, 1987, Vol. 23, No. 3.
• [12] Li X., M. Ge, Zhang H., Wickert J., A method for improving uncalibrated phase delay estimation and ambiguity-fixing in real-time precise point positioning. Journal of Geodesy, 2013, 87(5), pp. 405–416.
• [13] Li X., Zhang X., Guo F., Predicting atmospheric delays for rapid ambiguity resolution in precise point positioning, Advances in Space Research, 2014, 54(5), pp. 840–850.
• [14] Liu Z., A New Automated Cycle Slip Detection and Repair Method for a Single Dual-Frequency GPS Receiver, Journal of Geodesy, 2011, 85(3), pp 171–183.
• [15] Ogaja C. A., Applied GPS for Engineers and Project Managers, American Society of Civil Engineers, 2011.
• [16] Raju P. L. N., Fundamental of GPS, Satellite Remote Sensing and GIS Applica-tions in Agricultural Meteorology, 2004, pp 121–150.
• [17] Ren Z. et. al., Instantaneous Cycle-Slip Detection and Repair of GPS Data Based on Doppler Measurement, International Journal of Information and Electronics En-gineering, 2012, Vol. 2, No. 2.
• [18] Ren Z. et. al., A Real-time Cycle-slip Detection and Repair Method for Single Frequency GPS Receiver, Proceedings of 2nd International Conference on Net-working and Information Technology, Singapor 2011.
• [19] Seeber G., Satellite Geodesy, 2nd edition, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, 10785, Berlin 2003.
• [20] Silva P., Cycle Slip Detection and Correction for Precise Point Positioning, Pro-ceedings of the Institute of Navigation ION GNSS, 2013.
• [21] Wu Y. et. al., Cycle Slip Detection Using Multi-Frequency GPS Carrier Phase Observations: A Simulation Study, Advances in Space Research, 2010, Vol. 46, pp. 144–149.
• [22] Xu G., GPS Theory Algorithms and Applications, 2nd edition, Springer — Verlag, Berlin — Heidelberg 2007.
• [23] Yousef M. A., Study the Effect of Elevation Mask on GPS Accuracy, Journal of Engineering Sciences, 2004, Vol. 32, No. 3, pp. 1281–1290.
• [24] Zhang X., Li X., Instantaneous Re-initialization in Real-time Kinematic PPP with Cycle-slips Fixing, GPS Solutions, 2012, 16(3), pp. 315–327.