Gerçek Zamanlı Troposferik Gecikme Kestirimi için Çoklu-GNSS Hassas Nokta Konumlama Tekniğinin Kullanımı

Employment of Multi-GNSS Precise Point Positioning for Real-Time Tropospheric Delay Estimation

Özet

Hassas Nokta Konumlama (Precise Point Positioning, PPP) troposferik gecikme kestirimi çalışmalarında yaygın olarak kullanılan GNSS (Global Navigation Satellite Systems) tekniklerinden bir tanesidir. IGS (International GNSS Service) gerçek zamanlı ürünlerin kullanıma açılmasıyla PPP tekniğinin gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılması mümkün hale gelmiştir. Son yıllarda ortaya çıkan yeni navigasyon sistemleri gerçek zamanlı PPP çözümlerinin performansını iyileştirmek için önemli fırsatları da beraberinde getirmektedir. Özellikle Galileo ve BeiDou (BDS) sistemlerinin uydu takımları son yıllarda önemli oranda genişlemiş ve aynı zamanda uydu yörünge ve saat ürünlerinde de önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bu gelişmeler ışığında yeni ortaya çıkan sistemlerin gerçek zamanlı troposferik gecikme kestirimi çalışmalarında kullanılması GNSS kullanıcıları arasında oldukça ilgi gören bir konudur. Bu çalışmanın temel amacı GPS, GLONASS, Galileo ve BDS olmak üzere dört küresel uydu sisteminin PPP ile gerçek zamanlı toplam zenit gecikme (zenith total delay, ZTD) kestiriminde en güncel performansının değerlendirilmesidir. Bu amaçla 2021 kış ve yaz dönemlerinden birer ay olmak üzere iki farklı test periyodu için toplamda 20 IGS istasyonunun dahil edildiği bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamada dört küresel sistemin tekli PPP çözümlerine ek olarak hepsinin ortak olarak kullanıldığı çoklu-GNSS çözümüne de yer verilmiştir. PPP çözümlerinden elde edilen troposfer kestirimleri IGS tarafından yayınlanan troposfer gecikmeleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar GPS ve Galileo çözümlerinin PPP ile gerçek zamanlı ZTD kestirimi açısından birbirleriyle kıyaslanabilir performanslara sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca GLONASS ve BDS çözümlerinin gerçek zamanlı ZTD kestirimi performansı bu iki sistemin önemli ölçüde gerisinde kalmıştır. Son olarak çoklu-GNSS PPP çözümü tekli çözümlerle kıyaslandığında ZTD kestirimi performansını kayda değer oranda arttırmaktadır. Çoklu-GNSS çözümü, GPS çözümü ile kıyaslandığında yaz ve kış dönemlerinde ZTD kestirimi için sırasıyla %14,1 ve %12,5 oranında daha yüksek doğruluk sunmaktadır.

Abstract

Precise Point Positioning (PPP) is one of the GNSS techniques commonly used in the applications of tropospheric delay estimation. The use of PPP in realtime applications has been possible with the initialization of IGS (International GNSS Service) products. In recent years, the emergence of new satellite systems has brought along considerable opportunities to improve the performance of real-time PPP solutions. Especially, the constellations of Galileo and BeiDou (BDS) have recently extended, and, at the same time, significant advances have been made in their satellite orbit and clock products. In the light of this progress, the employment of newly-emerged systems in the applications of real-time tropospheric delay estimation is a topic which is taken considerable interest within the GNSS users. The main objective of this study is to evaluate the latest performance of four constellations, namely GPS, GLONASS, Galileo, and BDS, in real-time zenith total delay (ZTD) estimation. For this purpose, an experimental test, including 20 IGS stations for two test periods as 2021 winter and summer, has been conducted. In addition to single PPP solutions for four global systems, this experiment also contains the multi-GNSS solution where all systems are used together. The troposphere estimations acquired from the PPP solutions have been compared with the tropospheric delays provided by IGS. Results have shown that GPS and Galileo have comparable performances in terms of real-time ZTD estimation with PPP. Besides, the real-time ZTD estimation performance of GLONASS and BDS solutions has been left behind these two systems substantially. Finally, the multi-GNSS solution considerably enhances the performance of ZTD estimation when compared with the single system solutions. The multi-GNSS solution has provided better accuracies by the ratios of 14.1% and 12.5% for ZTD estimation in winter and summer periods in comparison to the GPS solution.