Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Estimation of the position error in GPS receivers.

Estimation of the position error in GPS receivers. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen Ladda ned som PDF
Författare: Erik Axell, Peter Johansson, Mikael Alexandersson, Jouni Rantakokko
Ort: Linköping
Sidor: 34
Utgivningsår: 2014
Publiceringsdatum: 2014-04-28
Rapportnummer: (FOI-R--3840--SE)
Nyckelord GPS, GNSS, positionsfel, estimering, klassificering
Keywords GPS, GNSS, position error, estimation, classification
Sammanfattning GPS (Global Positioning System)-mottagare kan tillhandahålla hög noggrannhet under många förhållanden. Däremot är GPS-signaler väldigt svaga vid jordens yta och kan lätt bli utstörda. I stadsmiljöer är GPS-signalerna utsatta för reflektioner och dämpning, och dessa effekter kan bidra till betydande positionsfel. Därför är positionsnoggrannheten och tillgängligheten ofta inte tillräcklig i stadsmiljöer, speciellt vid operationer inomhus. Huvudfokus för detta arbete har varit att kunna avgöra om positionen från en GPSmottagare är tillförlitlig. Det innebär att vi vid varje tidpunkt vill bestämma om positionsfelet i GPS-mottagaren är acceptabelt eller inte, baserat på den information som kan antas finns tillgänglig i de flesta handhållna GPS-mottagare. Avsikten med detta arbete är att i varje tidpunkt kunna bestämma 1) om en GPS-position är tillförlitlig som en enskild navigeringslösning, och 2) om en GPS-mottagare bör användas i en kombinerad navigeringslösning baserad på multipla sensorer eller inte. Fältförsök har utförts för att samla in data för att 1) avgöra vilka mätvärden som kan användas för att estimera positionsfelet och därmed kunna bestämma dess tillförlitlighet, och 2) använda som tränings- och utvärderingsdata för estimerings- och klassificeringsprestanda. Standardavvikelsen i latitud och longitud fås genom standardmeddelandet NMEA GST och det kan användas som en uppskattning av positionsfelet. Positionsfelet uppskattas väl av denna standardavvikelse under förhållanden där signalkvaliteten är antingen bra eller dålig (t.ex. inomhus). Däremot är positionsfelet svårare att estimera i områden med kraftigt varierande vågutbredningsförhållanden och flervägsutbredning, t.ex. i stadsmiljöer. Vi har också visat att det finns en stark korrelation mellan positionsfelet och flertalet andra mått, och att dessa mått också kan användas för att uppskatta positionsfelet. Däremot har vi inte lyckats utnyttja dessa andra mått för att tydligt förbättra estimerings- och klassificeringsprestanda, jämfört med att enbart använda standardavvikelsen från NMEA GST. Den huvudsakliga svårigheten med att utnyttja andra mått för estimering och klassificering är p.g.a. en okänd fördröjning mellan tidpunkten då ett mått ändras till dess att positionsfelet börjar öka, och från tidpunkten då måttet återhämtar sig tills positionsnoggrannheten är återvunnen. Denna fördröjning beror på intern filtrering av positionslösningen i GPS-mottagaren. Fördröjningen är kraftigt beroende av typen av GPS-mottagare och i vilken tillämpning den används (främst påverkat av plattformens rörelse). Dessutom är påverkan av varje mått på positionsfelet beroende av typ av mottagare, så att t.ex. tröskeln för klassificering behöver anpassas noggrant.
Abstract GPS receivers can provide sufficient accuracy in many environments. However, the GPS signals are very weak at the surface of the earth and they can easily be jammed. The GPS signal experiences reflection, scattering and attenuation in urban environments, and these effects may cause large position errors. Thus, the position accuracy and availability is often insufficient in urban environments, especially considering indoor operations. The main goal of this work was to determine whether the position solution as delivered by a GPS receiver is reliable enough. That is, for each point in time we wish to decide whether the position error in the GPS solution is acceptable or not, based on information that is available in a standard hand-held GPS receiver. Whether a position solution is useful or not depends on the application at hand. The intention with this work is that it should be possible to determine both 1) whether a GPS position is reliable enough as a stand-alone navigation solution or not and 2) whether the GPS receiver should be used in a multisensor navigation solution or be left out. Field trials were performed to collect data to 1) determine which metrics that could be used to estimate the position error and determine the position reliability, and 2) use for training and evaluation of estimation and classification performance. The standard deviation of latitude and longitude delivered by the NMEA GST message can be used as an estimate of the position error for any GPS receiver that supports the standard GST message. The position error is estimated quite well, using the NMEA GST standard deviations, in good and poor conditions (such as indoors). However, in areas with heavily varying channel conditions and multipath propagation, such as in urban areas, the estimation becomes more difficult. We have also shown that there is a strong correlation between the position error and numerous other metrics, and that these metrics also can be used to estimate the position error. However, we have not been able to exploit these other measures to make a significant improvement in terms of the estimation and classification performance, as compared to using the NMEA GST standard deviations only. The main difficulty in exploiting other metrics for estimation and classification was due to an unknown delay from the point in time when the parameter changes until the position error starts drifting away, and from when the metrics recover until the position accuracy is regained. The delay is caused by internal filtering of the position solution in the GPS receiver. This delay depends heavily on the type of receiver and on the application (e.g. movements of the platform). Furthermore, the dependence of each metric with the position error is dependent on the type of receiver so that the classification thresholds need to be adopted carefully.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182