16
DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter ˇ Sp´ anik , Ing. L ubom´ ıra Gerh´ atov´ a, PhD. 1 1 Katedra geodetick´ ych z´ akladov, Stavebn´ a fakulta, Slovensk´ a technick´ a univerzita v Bratislave, email: [email protected], [email protected] Druˇ zicov´ e metody v geodezii a katastru Fakulta stavebn´ ı VUT v Brˇ ne, 4. 2. 2016 P. ˇ Sp´ anik, L ’. Gerh´ atov´ a Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 1 / 16

DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

  • Upload
    others

  • View
    10

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS

Ing. Peter Spanik, Ing. L’ubomıra Gerhatova, PhD.1

1Katedra geodetickych zakladov, Stavebna fakulta,Slovenska technicka univerzita v Bratislave,

email: [email protected], [email protected]

Druzicove metody v geodezii a katastruFakulta stavebnı VUT v Brne, 4. 2. 2016

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 1 / 16

Page 2: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Obsah prezentacie

Popis multipath, teoreticke vychodiska prıspevku,

Velicina MP a popis aplikacie MultipathAnalysis,

Experimentalne meranie, konfiguracia stanoviska a vystupy merania,

Postup simulacie odrazenych signalov pomocou 3D modelublızkeho okolia prijımaca,

Ukazka vysledkov simulacie a ich interpretacia,

Zaver, namety na vylepsenie, diskusia.

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 2 / 16

Page 3: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Multipath v meraniach GNSS

Multipath – pojem oznacujuci viaccestne sırenie druzicoveho signalujeden z najvacsıch rusivych faktorov meranı GNSS,vznika v dosledku odrazu druzicoveho signalu od okolitych objektov(steny, strechy, stromy, auta, zem, povrch pod prijımacom, ...),skreslenie kodovych (1 – 5 m) aj fazovych meranı (max. λ/4),potrebne rozlisovat’ medzi path delay (predlzenie drahy signalu)a multipath (geometricky model vs. spracovanie prijımacom).

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 3 / 16

Page 4: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

.priamy signal

odrazeny signal

θθ

θhorizont

∆d

Znazornenie predlzeniadrahy signalu ∆d

(path delay)

t

corr

(Spr

ij,S

rep)

∆τM = ∆d/c

MP/c

priamy signal odrazeny signal zlozena korelacna funkcia

τ ′

τ

τM

Prıjem odrazeneho signaluz pohl’adu prijımaca

(multipath)

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 4 / 16

Page 5: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Popis veliciny MP

Velicinu MP (multipath observable) je mozne vypocıtat’, ak su dostupnemerania na dvoch a viac frekvenciach (v rovnici i, j, k):

MP ijk +B = Ri − Φj +

λ2i + λ2

j

λ2j − λ2

k

(Φj − Φk)

Vlastnosti MP :hodnota B je konstantna, pokial’ nedojde k sklzu v pocıtanı cyklov(cycle slip), kedy sa zmenia ambiguity nosnych vlnkvoli zat’azeniu ambiguitami nie je MP kvantifikator multipathu,posudzovana je variabilita hodnot MP − E(MP )

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 5 / 16

Page 6: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Vzhl’ad GUI aplikacie MultipathAnalysis

Panel INPUT files

Panel GNSSselection Panel Satellites

selection

Panel Codemultipath outputs

Panel code multipathcomputation options

Panel SNR optionsPanel SNR

outputs

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 6 / 16

Page 7: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Experimentalne meranieCiel’: posudit’ vplyv materialu odrazovej plochy a vzdialenosti prijımaca

od hlavnej odrazovej plochy na hodnoty veliciny MP .Postup: vykonanie meranı v dvoch etapach vo vzdialenosti 3 a 10 m od

steny, v druhej etape stena pokryta Al foliou.

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 7 / 16

Page 8: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Vysledky spracovania aplikaciou MultipathAnalysis (d = 3 m)

a) cista stena b) stena pokryta Al foliou

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 8 / 16

Page 9: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Vysledky spracovania aplikaciou MultipathAnalysis (d = 10 m)

a) cista stena b) stena pokryta Al foliou

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 9 / 16

Page 10: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Simulacia odrazenych signalov s pouzitım 3D modelu

Simulovane hodnoty predlzenia drahy signalu ∆d je mozne vyuzit’ nakorekciu meranych pseudovzdialenostı pri urcovanı polohy z kodovychmeranı (vyuzitel’nost’ pre jednofrekvencne prijımace, navigaciu).

Vstupom na simulaciu hodnot ∆d je:georeferencovany 3D model okolia prijımaca v lokalnom systeme(mnozina vrcholov trojuholnıkov A,B,C → vypocet vektoravonkajsej normaly n = (C −B)× (A−B)),simulovane/skutocne polohy druzıc D definovane jednotkovymsmerovym vektorom d v lokalnom systeme (rovnomerne rozlozeniepoloh → pouzitie Reuterovho gridu),priblizna poloha prijımaca P (relatıvna vzhl’adom na objekty okolo).

Simulacia na zaklade len jednoducheho zrkadloveho odrazu (neuvazenyviacnasobny odraz, vplyv ohybu, rozptylu signalu).

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 10 / 16

Page 11: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych
Page 12: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Geometria zrkadloveho odrazu od trojuholnıka A, B, C

∣∣∣−→RP∣∣∣ = |u · r|

b

a

n

r (vektor odrazu)

d = −−−→PD

d

s · at · b

A

B

CR

θ θ

P (prijımac)

D (druzica na jednotkovej sfere)

D′ (druzica na orbite)A, B, C – body trojuholnıkaPlatı: a = C −B

b = A−B

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 12 / 16

Page 13: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Postup vypoctu predlzenia drahy signalu ∆d

1. Vypocet vektora odrazu r od 4 s normalovym vektorom n

r = d + 2(d · (−n)

)n

2. Vypocet parametrov s, t, u z maticovej rovnice:An −Bn Cn −Bw rn

Aw −Bw Cw −Bw rw

Av −Bv Cv −Bv rv

stu

= −

Bn

Bw

Bv

3. Urcenie polohy odrazoveho bodu R

R = B + s · a + t · b alebo R = P− u · r4. Vypocet hodnoty ∆d pre konkretny 4 a simulovany vektor d

∆d =(∣∣D′R

∣∣+ |RP |)−∣∣D′P

∣∣

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 13 / 16

Page 14: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

3D model s normalami a odrazovymi bodmi v lokalnom systeme n, w, v

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 14 / 16

Page 15: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Skyplot so simulovanymi hodnotami ∆d pre d = 3 m

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 15 / 16

Page 16: DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSSGerhatova.pdf · DETEKCIA EFEKTU MULTIPATH V MERANIACH GNSS Ing. Peter Sp´anikˇ , Ing. L’ubom´ıra Gerh´atov´a, PhD.1 1Katedra geodetick´ych

Zaver, zhodnotenie, namety na zlepsenie

Zaver:multipath zavisı hlavne od vzdialenosti prijımaca od odrazovej plochy(pre d = 10 m nie je znatel’ny takmer ziadny vplyv),pre male d je vyrazny aj vplyv povrchu odrazovej plochy (v nasomexperimente nastal narast hodnot veliciny MP pri pouzitı hlinıkovejfolie pre d = 3 m az o 60%.

Namety na zlepsenie:rozsırit’ model odrazu na viacnasobny odraz, zapocıtat’ ohybove javy,pouzit’ koeficienty odrazivosti jednotlivych materialov,vyuzit’ pri simulacii aj parametre prijımaca (hlavne sırka korelatora),a tym simulovat’ hodnoty multipathu, nie hodnoty ∆d (umoznı to prejednu simulovanu polohu druzice d zohl’adnit’ aj odraz od viacerychploch – vernejsie modelovanie reality).

P. Spanik, L’. Gerhatova Detekcia efektu multipath v GNSS Brno, 4. 2. 2016 16 / 16