TU Darmstadt / ULB / tuprints

Großräumige GPS/INS Vermessung mittels virtueller Referenzstationen

Kipka, Adrian :
Großräumige GPS/INS Vermessung mittels virtueller Referenzstationen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

[img]
Preview
PDF
Dissertation_AKipka.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (3855Kb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Großräumige GPS/INS Vermessung mittels virtueller Referenzstationen
Language: German
Abstract:

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Entwicklung eines hybriden Meßsystems zur großräumigen und schnellen Vermessung von Autobahnen. Dabei wird den besonderen Anforderungen, welche hierbei auftreten, Rechnung getragen. Das entwickelte System ist hinsichtlich Genauigkeit und Verfügbarkeit der Trajektorienbestimmung sowie Kosteneffizienz, welche durch Einsatz von modernen GPS Empfängern sowie der Entwicklung neuer Module für die schnelle und zuverlässige Auflösung der Ambiguitäten erreicht wird, optimiert. Die Entwicklung des Systems beinhaltet ebenfalls die Aktualisierung der benutzten Hardware. Dazu gehören die Schnittstellenkarte zur Kommunikation zwischen INS und Computer sowie die benutzten GPS Empfänger, welche durch moderne Geräte ersetzt werden. Die durch die Modernisierung der Hardware notwendige Analyse der Software-Module ergibt, daß die vorhandene Software-Architektur keine in vertretbarem Aufwand durchzuführenden Veränderungen möglich macht und führt zu einer kompletten Neuimplementierung der INS und GPS Module. Dabei wird besonderes Augenmerk auf eine streng strukturierte und objektorientiere Implementierung der Module geachtet, die eine rasche Anpassung an sich ändernde Gegebenheiten, wie neue oder zusätzliche Sensoren, erlaubt. Zentraler Teil der Arbeit ist die Entwicklung eines modernen GPS Prozessors, welcher die Ambiguitäten schnell und zuverlässig auflöst. Als Basis der Ambiguitätenauflösung dient der LAMBDA-Algorithmus, welcher für die in dieser Arbeit im Fokus stehende kinematische Anwendung von GPS und INS modifiziert wird. Dies bedingt im speziellen Modifikationen am Originalansatz bezüglich der Anzahl der zu testenden Ambiguitäten sowie deren Validierung. Die im kinematischen Ansatz i.d.R. großen Suchräume und daraus folgend die erhebliche Anzahl der Mehrdeutigkeiten, erschweren hierbei die Fixierung der korrekten Ambiguitäten. Aus diesem Grund werden die gefunden Mehrdeutigkeiten mittels verschiedener, strenger Validierungsverfahren getestet. Typischerweise wird der Einsatzradius der kinematischen GPS Prozessierung auf kurze Basislinien beschränkt, da mit steigendem Abstand zwischen Referenzstation und mobilem GPS Empfänger die entfernungsabhängigen Fehler dominieren und oftmals eine erfolgreiche Auflösung der Ambiguitäten nicht erlauben. Dies wirkt sich demnach in einer verminderten Positionsgüte aus und führt bei dem gewünschten großräumigen Einsatzbereich zu einer zwangsläufigen Stückelung der Trajektorie und damit zu einer geminderten Effizienz. Diese Mißstände werden dadurch kompensiert, daß der klassische Ansatz der Einzelbasislinienprozessierung aufgegeben wird und stattdessen auf Daten virtueller Referenzstationen zurückgegriffen wird. Der in dieser Arbeit verwirklichte Ansatz der sequentiellen Prozessierung multipler virtueller Referenzstation bietet hierbei die Möglichkeit den Einsatzbereich des hybriden Meßsytems auf großräumige Bereiche auszudehnen und die Stückelung der Trajektorien zu minimieren. Die Wirksamkeit der verfolgten Ansätze wird mittels einer Testmessung, einer ca. 50 km langen Meßstrecke, belegt, welche komplett an einem Stück und gänzlich ohne physische Referenzstationen gemessen wird. Letztlich zeigt die Auswertung der Testmessung eindrucksvoll die Überlegenheit der kombinierten GPS/INS Messung gegenüber der Messung mittels Einzelsensoren, welche sich in wesentlich kürzeren Datenlücken in der GPS Positionierung mittels Phasenbeobachtungen und fixierter Mehrdeutigkeiten aufgrund von Signalabrissen, bedingt durch Brücken, Schilderbrücken o.ä., äußert.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The purpose of the present work exists in the development of a hybrid measurement system for the quick survey of spacious highways. Besides, it takes into account the special requirements which appear for these operations. The developed system is optimised for accuracy and availability of the trajectory determination and cost efficiency which is obtained by the application of modern GPS receivers as well as the development of new modules for the quick and reliable resolution of the ambiguities. The development of the system likewise contains the update of the used hardware. This includes the interface card for the communication between the INS and the computer as well as the used GPS receivers which are substituted by modern devices. Analysis of the current software architecture that became necessary because of the modernisation of the hardware reveals that it makes no sense to carry out changes on the present software modules. This leads to a completely new implementation of the INS and GPS software modules. Besides, special attention to a strictly structured and object oriented implementation is adhered to which makes it possible to react quickly to changing circumstances, like new or additional sensors. A central part of the work is the development of a modern GPS processor which resolves the ambiguities fast and reliably. The basis for the ambiguity resolution is served by the LAMBDA-algorithm which in this work is modified to meet the special needs of this application which deals with combined INS and GPS processing. This causes modification of the original approach regarding the number of ambiguities which have to be tested and their validation. Dealing with kinematic GPS data usually means bigger search spaces and therefore a considerable number of ambiguities which complicates the resolution of the correct ambiguities. For that reason all ambiguities found are tested by means of different strict validation methods. Typically the operational area for kinematic GPS application is limited to short baselines because with increasing distance between base station and mobile receiver GPS the distance dependent errors start to dominate and often do not permit a successful resolution of the ambiguities. Usually this leads to deteriorated position accuracy and efficiency because of the division of the trajectory into pieces in order to keep the distance dependent errors minimal. This drawback is compensated by the fact that the classical approach of the single baseline processing is abandoned, instead it will use data from virtual base stations. The approach of the sequential processing of multiple virtual base stations achieved in this work offers the possibility to expand the operational area of the hybrid measurement system to extended areas and to minimise the division of the trajectory into pieces. The effectiveness of the developed system is proved by means of a test measurement system, an approximately \unit{50}{\kilo\meter} long measuring test track, which is completely measured in a piece and entirely without using physical base stations. In the end, the evaluation of the test results shows impressively the superiority of the new combined GPS/INS measurement compared with measurements by means of single sensors. The combined method results in substantially shorter data gaps in the GPS positioning using phase observations with fixed ambiguities when there are signal blockages, for example by bridges or similar obstructions.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000740
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7400
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Groten, Prof. Dr.- Erwin and Schlemmer, Prof. Dr.- Harald
Advisors: Becker, Prof. Dr.- Matthias
Refereed: 6 December 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/740
Export:

Actions (login required)

View Item View Item