Evaluation of Global Positioning System Augmentation Options for Finland

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Sovellettu matematiikka
Mcode
Mat-2
Degree programme
Language
en
Pages
xiii + 74 + iv
Series
Abstract
The purpose of this study was to evaluate current and near future options for improving the accuracy and integrity of Global Positioning System (GPS) receivers in Finland. Two local Differential GPS (DGPS) techniques were compared to the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) and a stand-alone GPS receiver. The aim of the thesis was to determine the accuracy, availability and integrity obtainable with each evaluated technique. The accuracy of the augmentation techniques was studied empirically by analyzing the simultaneous output of multiple identical GPS receivers using each augmentation. Additionally, the quality of the EGNOS signal was examined by comparing the reported signal-to-noise ratios from two receivers. The availability of the EGNOS signal was analyzed by studying the constraints imposed by geostationary broadcasting and previous work in the field. The study showed that local DGPS techniques produced horizontal positions with 95% of the errors below 2 meters. The 95% errors of unaided GPS were in the range 2.4{3.9 m and the EGNOS service produced errors in the range 2.7{3.3 meters. The EGNOS signal availability was found to be limited by the elevation of the geostationary satellites, which are located below 22° at Helsinki. Previous work indicates that this results in an availability of 51% on main roads and highways. Finally, the results identified two possible integrity issues in the maritime DGPS and the EGNOS service. The low availability of the EGNOS signal suggests that there continues to be a need for traditional Differential GPS augmentation for land based GPS applications. The demand of accuracy and integrity augmentation is expected to increase due to the predicted solar maximum in 2013 and the delays of other GPS enhancement programs.

GPS-satelliittipaikannuksen tarkkuuden ja luotettavuuden parantamiseen on Suomessa käytössä erilaisia Differentiaali-GPS (DGPS)-järjestelmiä. European Geostationary Navigation Overlay (EGNOS) -järjestelmä on uusi eurooppalainen satelliittipohjainen tarkkuudenparannusjärjestelmä, joka on kehitetty samaa käyttötarkoitusta varten. Tässä työssä arvioidaan eri tarkkuudenparannusjärjestelmien toimivuutta Suomessa. Työssä pyritään selvittämään eri menetelmillä saavutettava paikannustarkkuus sekä menetelmien saatavuus ja luotettavuus Suomen alueella. Eri menetelmillä saavutettavaa tarkkuutta arvioitiin analysoimalla neljän samaan antenniin kytketyn vastaanottimen raportoimaa paikkatietoa. EGNOS-signaalin laatua tutkittiin vertaamalla kahden eri antenniin kytketyn vastaanottimen raportoimia signaali/kohina suhteita. EGNOS-signaalin saatavuutta tutkittiin analysoimalla geostationaaristen satelliittien sijaintia sekä kirjallisuustutkimuksella. Paikallisilla DGPS-järjestelmillä 95% horisontaalisista virheistä oli alle 2 metriä. Avustamattoman GPS:n 95%:n virheet olivat mittauksesta riippuen 2.4{3.9 metriä ja EGNOS-avustetun paikannuksen virheet olivat 2.7{3.3 metriä. EGNOS-satelliittien todettiin sijaitsevan Helsingin leveysasteilla alle 22°:n korkeudella, minkä on aiemmissa tutkimuksissa havaittu rajoittavan signaalin saatavuutta 51 prosenttiin maanteillä. Tulosten perusteella perinteisille Differentiaali-GPS-menetelmille on edelleen tarvetta. Paikannuksen tarkkuutta ja luotettavuutta lisäävien järjestelmien kysynnän arvioidaan lähivuosina kasvavan vuodelle 2013 ennustetun auringonpilkkumaksimin ja Euroopan ja USA:n satelliittipaikannusohjelmien lykkääntymisen takia.
Description
Supervisor
Ehtamo, Harri
Thesis advisor
Särkkä, Simo
Keywords
GPS, GPS, positioning, paikannus, Dirential GPS, Direntiaali-GPS, EGNOS, EGNOS, augmentation, Suomi, Finland
Other note
Citation