Algorithms of position and velocity estimation in GPS receivers

• Autorzy: Kaniewski P. , Gil R. , Konatowski S.

Identyfikatory

DOI

10.1515/aon-2016-0004

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Processing of signals in Global Positioning System (GPS) receivers includes numerous signal and data operations leading to calculation of coordinates and velocities of satellites in global Earth-Centered Earth-Fixed (ECEF) frame of reference as well as pseudoranges and delta-ranges between the user and all the tracked GPS satellites. Further processing of these data consists in estimation of the user’s position, velocity and time (PVT) and nowadays it is usually realized by means of an Extended Kalman Filters (EKF). The choice of measuring data processed by the Kalman filter significantly influences the accuracy of navigation solution. In simpler GPS receivers, the estimation of user’s position and velocity is based on pseudoranges only, whereas in more advanced ones delta-ranges are also applied. The paper describes both possible solutions and compares the accuracy of estimation of the user’s position and velocity in both cases. The comparison is based on simulation results, which are included in the paper.

PL

Przetwarzanie sygnałów odbieranych w odbiorniku GPS obejmuje szereg operacji, w wyniku których wyznaczane są między innymi współrzędne i prędkości satelitów w globalnym układzie współrzędnych ECEF oraz pseudoodległości i zmiany pseudoodległości pomiędzy użytkownikiem systemu a poszczególnymi obserwowanymi satelitami. Dalsze przetwarzanie uzyskanych danych polega zwykle na estymacji położenia i prędkości użytkownika za pomocą algorytmu rozszerzonego filtru Kalmana (EKF). Wybór danych pomiarowych przetwarzanych przez filtr istotnie wpływa na dokładność rozwiązania nawigacyjnego. W prostszych odbiornikach do estymacji położenia i prędkości użytkownika wykorzystywane są wyłącznie pseudoodległości, natomiast w rozwiązaniach bardziej zaawansowanych również zmiany pseudoodległości. W artykule szczegółowo omówiono oba rozwiązania oraz porównano dokładności estymacji położenia i prędkości użytkownika w obu przypadkach. Rozważania poparto zamieszczonymi w artykule wynikami badań symulacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

GPS; positioning; Kalman filter; simulation

• Wydawca: Polskie Forum Nawigacyjne
• Czasopismo: Annual of Navigation
• Rocznik: 2016
• Tom: No. 23
• Strony: 53--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kaniewski P.

• Military University of Technology Kaliskiego 2 Str., 201-476 Warsaw, Poland

autor

Gil R.

• Military University of Technology Kaliskiego 2 Str., 201-476 Warsaw, Poland

autor

Konatowski S.

• Military University of Technology Kaliskiego 2 Str., 201-476 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Brown R. G., Hwang P. Y. C., Introduction to random signals and applied Kalman filtering, Wiley, UK, 2012.
• [2] Felski A., Jakubowski B., Reliability of navigation system in the frame of navigation information processing [in Polish], ‘Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej’, 2004, No. 1, pp. 5–22.
• [3] Grewal M. S., Weill L. R., Andrews A. P., Global Positioning Systems, Inertial Navigation and Integration, 2nd Edition, John Wiley & Sons, USA, 2007.
• [4] Januszewski J., Satellite systems GPS, Galileo and others [in Polish], PWN, War-szawa 2006.
• [5] Kaniewski P., Structures, models and algorithms in integrated positioning and navigation systems [in Polish], WAT, Warszawa 2010.
• [6] Kaplan E. D., Hegarty C. J. (eds.), Understanding GPS — Principles and Applications, Artech House, USA, 2006.
• [7] Mao X., Wada M., Hashimoto H., Investigation on Nonlinear Filtering Algorithms for GPS, IEEE Intelligent Vehicle Symposium, 17–21 June 2002, Vol. 1, pp. 64–70.
• [8] Misra P., Engle P., Global Positioning System — Signals, Measurements, and Performance, Ganga-Jamuna Press, USA, 2012.
• [9] Narkiewicz J., Global positioning system [in Polish], WKŁ, Warszawa 2003.
• [10] Reina G., Vargas A., Nagatani K., Yoshida K., Adaptive Kalman Filtering for GPS-based Mobile Robot Localization, IEEE International Workshop on Safety, Security and Rescue Robotics, Rome 2007, pp. 1–6.
• [11] Specht C., GPS system[in Polish], Publ. Bernardinum, Pelplin 2007.
• [12] Spilker J., Parkinson B. (eds.), Global Positioning System: Theory and Applications, Vol. I, American Institute of Aeronautics and Astronautics, USA, 1996.
• [13] Yamaguchi S., Tanaka T., GPS Standard Positioning using Kalman filter, SICE-ICASE International Joint Conference, Busan 2006, pp. 1351–1354.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.