Algorithms and Methods for Robust Geodetic kinematic Positioning

Abstract

El sistema NAVSTAR/GPS ha desenvolupat un paper molt important en les tècniques de posicionament cinemàtic geodèsiques, especialment en la determinació de la trajectòries per a la orientació de sensors aerotransportats d'observació de la terra. Amb l'excepció dels sensors fotogramètrics tradicionals la orientació dels sensors moderns aerotransportats depenen completament del posicionament GPS o bé de la integració GPS/INS. Per tant el posicionament GPS ha de ser precís i sobre tot fiable. <br/><br/>Aquesta tesis es basa en l'estudi de nous algorismes i configuracions de missions que permetin augmentar el nivells de robustesa i fiabilitat en la determinació de trajectòries cinemàtiques aèries. Des d'un punt de vista productiu la robustesa és molt important ja que és la clau per a la automatització dels sistemes de procés de dades. <br/><br/>En concret es proposa el modelatge mitjançant paràmetres estocàstics dels retards ionosfèrics i troposfèrics que afecten als observables GPS, es proposen mètodes per combinar les dades de diverses estacions de referència GPS tot introduint restriccions entre els diferents paràmetres a determinar i considerant les correlacions existents entre les observacions, així com la utilització d'estratègies de selecció de les situacions més favorables per a la determinació de les ambigüitats de cicle que afecten als observables GPS de precisió, addicionalment s'estudien els seus efectes en la robustesa i fiabilitat del posicionament cinemàtic GPS.<br/><br/>Cal destacar la proposta d'integració dels observables de diversos receptors GPS cinemàtics en una configuració multiantena, mitjançant l'ús de les observacions angulars d'un sistema IMU (Inertial Measurement Unit), per aconseguir un posicionament cinemàtic més robust i fiable. Aquesta tècnica obre la possibilitat de superar les oclusions dels satèl·lits GPS durant les maniobres de gir de l'avió, molt freqüents en els vols de recobriment territorial per a missions d'observació de la Terra. <br/><br/>Es presenten i s'analitzen algunes idees per a la integració del posicionament cinemàtic GPS i l'orientació de sensors aerotransportats. S'estudia la utilització de la informació obtinguda mitjançant l'orientació indirecta (total o parcial) de certs sensors per ajudar en la resolució de la ambigüitat que afecta a l'observable fase del sistema GPS. En concret es presenten els casos d'integració de les dades d'orientació d'una càmara fotogramètrica aèria i d'un sensor altímetre làser amb observacions de la constel·lació de satèl·lits GPS.<br/><br/>El treball es completa amb un estudi de la determinació de trajectòries utilitzant dades simulades de les noves constel·lacions de satèl·lits (GPS III i Galileo) que actualment es troben en fase de construcció i desplegament.

The NAVSTAR Global Positioning System, most commonly known as GPS, has played an important role in the development of high precision geodetic positioning techniques. The possibility of using the GPS constellation for kinematic geodetic positioning has provided the geodetic community with a very important tool on its goal to portrait the Earth's shape.<br/><br/>This work focuses on the reliability of geodetic kinematic GPS positioning. Different algorithms and methods for increasing the reliability of kinematic surveys are presented. An increase in reliability implies better chances of solving correct ambiguity parameters, and more redundancy simplifies the automation of the GPS processing. Automating kinematic GPS processing reduces the need for very well trained GPS operators, as well as operational costs.<br/><br/>Several ideas are presented to increase the amount of information available in kinematic GPS processing, such as using several reference stations, dynamical models for the ionosphere, global processing.Although some of these ideas have also been presented previously, a study of the impact on the reliability of surveys has been done.<br/><br/>A novel approach to use multiple kinematic receivers without adding new position parameters by making use of inertial measurements is presented. Their impact on reliability increase has also been proven.<br/><br/>In aerial surveys, GPS kinematic positioning is generally used for georeferencing data taken by airborne sensors. The use of the data observed by these sensors for facilitating GPS positioning is also part of the study. The integration of oriented photogrammetric pairs or laser distance measurements together with kinematic GPS positioning have been investigated, and have been proved very helpful in real life projects.<br/><br/>Finally, the increase in reliability in new constellation scenarios (modernized GPS and Galileo) has also been analyzed in order to know what the situation in future scenarios will be like.