Positioning and navigation using the Russian satellite system GLONASS [Elektronische Ressource] / von Udo Roßbach
167 pages
English

Positioning and navigation using the Russian satellite system GLONASS [Elektronische Ressource] / von Udo Roßbach

Le téléchargement nécessite un accès à la bibliothèque YouScribe
Tout savoir sur nos offres
167 pages
English
Le téléchargement nécessite un accès à la bibliothèque YouScribe
Tout savoir sur nos offres

Description

Positioning and Navigation Using the Russian Satellite SystemGLONASSvonUdo RoßbachVollst andiger Abdruck der von der Fakult at fur? Bauingenieur- und Vermessungswesen der Universit atder Bundeswehr Munc? hen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)genehmigten Dissertation.Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. W. Reinhardt1. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. W. Hein2. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. E. Groten3. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. B. EissfellerDie Dissertation wurde am 2. M arz 2000 bei der Universit at der Bundeswehr Munc? hen, Werner-Heisen-berg-Weg 39, D-85577 Neubiberg eingereicht.Tag der mundlic? hen Prufung:? 20. Juni 2000ii ABSTRACT / ZUSAMMENFASSUNGAbstractSatellite navigation systems have not only revolutionized navigation, but also geodetic positioning. Bymeans of satellite range measurements, positioning accuracies became available that were previouslyunknown, especially for long baselines. This has long been documented for applications of GPS, theAmerican Global Positioning System. Besides this, there is the Russian Global Navigation Satellite Sys-tem GLONASS. Comparable to GPS from the technical point of view, it is suffering under the economicdecline of the Russian Federation, which prevents it from drawing the attention it deserves.Due to the similarities of GPS and GLONASS, both systems may also be used in combined ap-plications.

Sujets

Informations

Publié par
Publié le 01 janvier 2003
Nombre de lectures 16
Langue English
Poids de l'ouvrage 3 Mo

Extrait

Positioning and Navigation Using the Russian Satellite System
GLONASS
von
Udo Roßbach
Vollst andiger Abdruck der von der Fakult at fur? Bauingenieur- und Vermessungswesen der Universit at
der Bundeswehr Munc? hen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. W. Reinhardt
1. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. W. Hein
2. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. E. Groten
3. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. B. Eissfeller
Die Dissertation wurde am 2. M arz 2000 bei der Universit at der Bundeswehr Munc? hen, Werner-Heisen-
berg-Weg 39, D-85577 Neubiberg eingereicht.
Tag der mundlic? hen Prufung:? 20. Juni 2000ii ABSTRACT / ZUSAMMENFASSUNG
Abstract
Satellite navigation systems have not only revolutionized navigation, but also geodetic positioning. By
means of satellite range measurements, positioning accuracies became available that were previously
unknown, especially for long baselines. This has long been documented for applications of GPS, the
American Global Positioning System. Besides this, there is the Russian Global Navigation Satellite Sys-
tem GLONASS. Comparable to GPS from the technical point of view, it is suffering under the economic
decline of the Russian Federation, which prevents it from drawing the attention it deserves.
Due to the similarities of GPS and GLONASS, both systems may also be used in combined ap-
plications. However, since both systems are not entirely compatible to each other, first a number of
inter-operability issues have to be solved. Besides receiver hardware issues, these are mainly the differ-
ences in coordinate and time reference frames. For both issues, proposed solutions are provided. For
the elimination of differences in coordinate reference frames, possible coordinate transformations are
introduced, determined using both a conventional and an innovative approach.
Another important topic in the usage of GLONASS for high-precision applications is the fact that
GLONASS satellites are distinguished by slightly different carrier frequencies instead of different PRN
codes. This results in complications, when applying double difference carrier phase measurements to
position determination the way it is often done with GPS. To overcome these difficulties and make use
of GLONASS double difference carrier phase measurements for positioning, a new mathematical model
for double difference carrier phase observations has been developed.
These solutions have been implemented in a GLONASS and combined GPS/GLONASS processing
software package.
Zusammenfassung
Satelliten-Navigationssysteme haben nicht nur die Navigation, sondern auch die geod atische Positionsbe-
stimmungrevolutioniert. MitHilfevonEntfernungsmessungenzuSatellitenwurdenvorhernichtgekannte
Genauigkeiten in der Positionierung verfugbar.? Fur? Anwendungen des amerikanischen GPS Global Po-
sitioning System ist dies schon lange dokumentiert. Daneben gibt es das russische Global Navigation
Satellite GLONASS. Vom technischen Standpunkt her vergleichbar zu GPS, leidet es unter dem
wirtschaftlichen Niedergang der Russischen F oderation und erh alt deswegen nicht die Aufmerksamkeit,
die es verdient.
?Aufgrund der Ahnlichkeiten zwischen GPS und GLONASS k onnen beide System auch gemeinsam
in kombinierten Anwendungen genutzt werden. Da beide System jedoch nicht vollst andig zueinander
kompatibel sind, mussen? vorher noch einige Fragen der gemeinsamen Nutzung gekl art werden. Neben
Fragen der Empf anger-Hardware sind dies haupts achlich die Unterschiede in den Koordinaten- und
Zeit-Bezugssystemen. Fur? beide Punkte wurden L osungen vorgeschlagen. Um die Unterschiede in den
Koordinaten-Bezugssystemen auszur aumen, werden m ogliche Koordinatentransformationen vorgestellt.
Diese wurden sowohl ub? er einen konventionellen als auch mit einem innovativen Ansatz bestimmt.
Ein anderer wichtiger Punkt in der Nutzung von GLONASS fur? hochpr azise Anwendungen ist die
Tatsache, daß sich GLONASS-Satelliten durch die leicht unterschiedlichen Tagerfrequenzenr ihrer Sig-
nale unterscheiden, und nicht durch unterschiedliche PRN-Codes. Dies bringt Komplikationen mit
sich bei der Anwendung doppelt-differenzierter Tagerphasenmessungen,r wie sie bei GPS h aufig ver-
wendet werden. Um diese Schwierigkeiten zu ub? erwinden und auch doppelt differenzierte GLONASS-
Tagerphasenmessungenr fur? die Positionsbestimmung verwenden zu k onnen, wurde ein neues mathema-
tisches Modell der Doppeldifferenz-Phasenbeobachtungen hergeleitet.
DiegewonnenenErkenntnissewurden in einem Software-Paketzur Prozessierung von GLONASS und
kombinierten GPS/GLONASS Beobachtungen implementiert.CONTENTS iii
Contents
Abstract / Zusammenfassung ii
Contents iii
List of Figures vi
List of Tables viii
1 Introduction 1
2 History of the GLONASS System 3
3 GLONASS System Description 7
3.1 Reference Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.1 Time Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.2 Coordinate Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 Ground Segment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.3 Space Segment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.4 GLONASS Frequency Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.5 Signal Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.5.1 C/A-Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.5.2 P-Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5.3 C/A-Code Data Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5.4 Time Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5.5 Bit Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.5.6 Structure of Navigation Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.5.7 GLONASS-M Na Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.6 System Assurance Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.7 User Segment and Receiver Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.8 GLONASS Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4 Time Systems 31
4.1 GLONASS Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.2 GPS Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3 UTC, UTC , UTC and GLONASS System Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32USNO SU
4.4 Resolving the Time Reference Difference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4.1 Introducing a Second Receiver Clock Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4.2 Introducing the Difference in System Time Scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.4.3 Application of A-priori Known Time Offsets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.4.4 Dissemination of Difference in Time Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5 Coordinate Systems 39
5.1 PZ-90 (GLONASS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 WGS84 (GPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.3 Realizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.4 Combining Coordinate Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.5 7-Parameter Co Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.6 Transformation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.6.1 Methods for Determination of Transformation Parameters . . . . . . . . . . . . . . 42iv CONTENTS
5.6.2 Russian Estimations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.6.3 American . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.6.4 German Estimations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.6.5 IGEX-98 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.7 Applying the Coordinate Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.8 Coordinate Frames in Differential Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.9 GLONASS Ephemerides in WGS84 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6 Determination of Transformation Parameters 55
6.1 Preparations and Realization of IfEN’s Measurement Campaign . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.2 Data Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.2.1 Single Point Positioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.2.2 Double Difference Baselines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.3 Direct Estimation of Transformation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62<

  • Univers Univers
  • Ebooks Ebooks
  • Livres audio Livres audio
  • Presse Presse
  • Podcasts Podcasts
  • BD BD
  • Documents Documents