Estimation of the position error in GPS receivers
Publiceringsdatum: 2014-04-28
Rapportnummer: FOI-R--3840--SE
Sidor: 34
Skriven på: Engelska
Nyckelord:
- GPS
- GNSS
- positionsfel
- estimering
- klassificering
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.