Preprocessing of high rate GPS data for real-time applications

Abstract

In den letzten Jahren erforderten immer mehr geodätische Anwendungen GPS-Daten mit 1 Hz sampling rate, zum Beispiel die Low Earth Orbiter Missionen CHAMP und GRACE sowie GPS-Überwachungsnetze. In der gleichen Zeit verbesserten die wachsenden Kapazitäten des Internets den Transport von Daten in Echtzeit und die langfristige Archivierung mit weniger Kosten. Dies erfordert GPS-Software mit der Fähigkeit, GPS-Daten und GPS-Netze in Echtzeit zu verarbeiten. Weil nur ein Cycle Slip die GPS-Lösung verfälschen kann, ist die Vorprozessierung von GPS-Daten zur Erhaltung der hohen Genauigkeit besonders wichtig. Zurzeit gibt es eine ganze Reihe von verfügbaren Techniken für diesen Zweck. In dieser Arbeit wird ein neuer Algorithmus vorgestellt, mit dem Cycle Slips von 1 Hz GPS-Daten in Echtzeit erkannt werden können. Um die Verarbeitung der 1 Hz GPS-Daten in Echtzeit zu gewährleisten, muss der neue Algorithmus schnell und vollautomatisch arbeiten. Des weiteren müssen Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Effektivität berücksichtigt werden. Nach dem Studium der 1Hz GPS-Daten und existierender Algorithmen wird in dieser Arbeit ein neuer Algorithmus entwickelt. Der Algorithmus verwendet Differenzen zwischen Satellitenträgerphasen und ionosphärische (geometriefreie) lineare Kombination. Mit Polynom Fitting werden cycle slips gesucht. In dieser Arbeit wird die Leistung des Algorithmus zur Bestimmung von Cycle Slips als Funktion von Satellitenelevationswinkeln, anhand Einzelfrequenzenempfängern wie Garmin, Thales und Notvale untersucht.

In the past several years, ever more geodetic applications require GPS data with 1-Hz sampling rate, for example, the Low Earth Orbiter missions CHAMP and GRACE GPS monitoring networks. In the same time, the growing capacities of the Internet allowed improvements in the real-time transport of data and long-term archiving became less expensive. This requires GPS software with the capability to deal with real-time GPS data and networks. To obtain high accuracy GPS solution the GPS carrier phase measurements are used. Since even a single cycle slip in GPS carrier phase measurements significantly falsifies GPS solutions, the GPS preprocessing is very important for maintaining the high accuracy. Currently there are quite a number of available techniques for the pre-processing. But to process high rate GPS data in real time the new algorithm must be able to run in realtime and fully automatically. At the same time the availability, reliability and efficiency must be also taken into account. After studying high rate GPS data and existing algorithm, a new algorithm is developed in this thesis. The algorithm uses single differences between-satellite carrier phases and ionospheric combination (geometry-free linear combination), and applies polynomial fitting to detect cycle slips. In this thesis the performance of the algorithm will be investigated as a function of satellite elevation angles and the utility of the cycle slip detection for single frequency receivers Garmin, Thales and Novatel is investigated.