Verbesserung der Smartphone-basierten GNSS-Positionierung durch State-Space-Augmentations-Techniken

Aktualisiert am:16/01/2025

Dokumentinformationen

Autor	Francesco Darugna
Schule	Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Fachrichtung	Geodäsie und Geoinformatik
Veröffentlichungsjahr	2021
Ort	München
Dokumenttyp	dissertation

Sprache	German
Seitenanzahl	189
Format
Größe	63.06 MB

Satellitennavigation
Geodäsie
Smartphone-Positionierung

Zusammenfassung

I. Einleitung

Die Verbesserung der Smartphone-basierten GNSS-Positionierung ist ein zentrales Thema in der modernen Geodäsie. Die Verfügbarkeit von kostengünstigen Empfängern, die Global Navigation Satellite System (GNSS) Pseudorange und Trägerphasenmessungen bereitstellen, hat die Anzahl der Geräte erhöht, die präzise Positionierungen ermöglichen. Diese Arbeit untersucht die Herausforderungen, die mit der Nutzung von Smartphones für hochgenaue Positionierungen verbunden sind. Insbesondere wird die Qualität der GNSS-Messungen auf Smartphones analysiert, die oft unter niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis und hohen Multipath-Effekten leiden. Die Ergebnisse zeigen, dass durch geeignete Kalibrierung und Korrekturmaßnahmen eine cm-genaue Positionierung möglich ist. Die Relevanz dieser Forschung liegt in der praktischen Anwendung, da sie die Nutzung von Smartphones in der Geodäsie revolutionieren könnte.

1.1 Hintergrund

Die Entwicklung von Smartphones mit dualen Frequenzen und Multi-Konstellationsempfängern hat neue Möglichkeiten für die GNSS-Positionierung eröffnet. Die Antenna Phase Center Offset (PCO) und die Variationen (PCV) sind entscheidend für die Korrektur der Messungen. Diese Arbeit zeigt, dass die Berücksichtigung individueller PCO- und PCV-Werte für verschiedene Frequenzen notwendig ist, um die Genauigkeit der Positionierung zu verbessern. Die Ergebnisse belegen, dass die Kalibrierung der Antenne eine wesentliche Rolle spielt, um die Auswirkungen von Multipath und anderen Fehlerquellen zu minimieren.

II. Methodik

Die Methodik dieser Arbeit umfasst die Durchführung von Experimenten in verschiedenen Umgebungen, um die Auswirkungen von Antennenkorrekturen auf die Ambiguity Resolution (AR) zu bewerten. Die Experimente zeigen, dass ohne Korrekturen keine zuverlässige AR erreicht werden kann. Nach der Korrektur der PCV wurde jedoch eine erfolgreiche AR in einer Umgebung mit geringem Multipath nachgewiesen. Diese Ergebnisse sind entscheidend, um die Genauigkeit der Smartphone-basierten GNSS-Positionierung zu erhöhen. Die Methodik umfasst auch die Analyse von atmosphärischen Korrekturen, die für die Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit unerlässlich sind.

2.1 Datenanalyse

Die Analyse der GNSS-Daten erfolgt unter Berücksichtigung verschiedener Interpolationstechniken wie Inverse Distance Weighted (IDW) und Ordinary Kriging (OK). Diese Techniken werden verwendet, um atmosphärische Verzögerungen zu schätzen, die einen erheblichen Einfluss auf die Positionierungsleistung haben. Die Ergebnisse zeigen, dass modifizierte WLS-Methoden während extremer Wetterereignisse eine verbesserte Interpolationsleistung bieten. Die Analyse der Daten aus realen und simulierten Szenarien belegt die Wirksamkeit dieser Methoden und deren Anwendung in der Praxis.

III. Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Kalibrierung der GNSS-Antenne und die Berücksichtigung atmosphärischer Korrekturen entscheidend für die Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit sind. In bis zu 80% der Fälle während starker Wetteränderungen konnte eine niedrigere RMSE erreicht werden. Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die zukünftige Entwicklung von GNSS-Technologien, insbesondere in der Smartphone-basierten Anwendung. Die Arbeit schließt mit der Empfehlung, die entwickelten Methoden in der Praxis zu implementieren, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von GNSS-Positionierungen weiter zu steigern.

3.1 Praktische Anwendungen

Die praktischen Anwendungen dieser Forschung sind vielfältig. Die Verbesserung der Smartphone-basierten GNSS-Positionierung hat das Potenzial, die Nutzung von GNSS in verschiedenen Bereichen wie der Geodäsie, der Landwirtschaft und der autonomen Navigation zu revolutionieren. Die entwickelten Methoden zur Antennenkalibrierung und atmosphärischen Korrektur können in zukünftigen GNSS-Anwendungen implementiert werden, um die Genauigkeit und Effizienz zu steigern. Diese Arbeit leistet somit einen wertvollen Beitrag zur Weiterentwicklung der GNSS-Technologie.