Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

A Satellite Selection Algorithm for GPS Navigation Devices using Azimuth, Elevation Angles and Weighted DOP

Kunlin Cai

Abstract

The Global Positioning System(GPS) has become an indispensable part of our daily life. It is widely used in many fields of applications from aviation, transportation, surveys to our cell-phones. The satellite selection marks the first step of GPS positioning and has considerable effect on the final positioning accuracy. This thesis proposes a satellite selection algorithm for 6 satellites configuration based on a sub-optimal selection algorithm using azimuth, elevation angles and a new weighted dilution of precision(DOP) criterion. The proposed algorithm is capable of producing a similar selection result as the traditional optimal selection algorithm but with only 8%~12% calculation cost required. In the first part, this thesis presents the introduction and backgrounds of GPS , including the error compositions; the concept of dilution of precision,based on which many selection methods are developed; and the state of the arts of the satellite selection methods. In the second part, this thesis describes the GPS positioning model and the calculations of point position with 4 and more than 4 satellites. A vector approach for calculation of satellite elevation angles and the concept of elevation mask are introduced. Subsequently, the relation between errors in pseudo-ranges and elevation angles is discussed in detail. In the next section, this thesis describes the calculation of GDOP for a selected configuration, followed by a discussion on the relationship between GDOP and final positioning error of the program, and how the number of satellites in configurations effects the corresponding minimum GDOP. Finally, the weighted DOP(WDOP) criterion is introduced and discussed. In the third part, this thesis proposes a satellite selection algorithm for 6 satellites configuration based on a sub-optimal selection algorithm using azimuth, elevation angles and WDOP criterion. Steps of this algorithm are described in detail. Simulation is done with 10 sets of satellite inputs using Novatel receiver logs for both the proposed algorithm and optimal selection algorithm. The two algorithms are compared from both results and cost-effectiveness points of views.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Kunlin Cai (FPAE) Kunlin Cai,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Algorytm wyboru satelitów w urządzeniach GPS przy użyciu kątów azymutu, elewacji kątów i ważona DOP
Supervisor
Maciej Zasuwa (FPAE/IAAM) Maciej Zasuwa,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
05-09-2016
Issue date (year)
2016
Pages
51
Internal identifier
MEL; PD-3785
Reviewers
Robert Głębocki (FPAE/IAAM) Robert Głębocki,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Maciej Zasuwa (FPAE/IAAM) Maciej Zasuwa,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
GPS, GDOP, azymut, Kąty wychylenia, wybór satelity
Keywords in English
GPS, GDOP, azimuth, Elevation angle, satellites selection
Abstract in Polish
Globalny System Pozycjonowania (GPS) stał się niezbędną częścią naszego codziennego życia. Znajduje on zastosowanie w wielu dziedzinach, m.in. w lotnictwie, transporcie, bądź w telefonach komórkowych. Pierwszym krokiem w pozycjonowaniu GPS jest odpowiedni wybór satelit, co ma znaczny wpływ na końcową dokładność pozycjonowania. Niniejsza praca inżynierska wskazuje algorytm doboru satelit przy konfiguracji z 6 satelitami, bazujący na suboptymalnym algorytmie wykorzystującym azymut, kąty nachylenia, oraz nowe ważone kryterium geometrycznej dokładności (DOP). Zaproponowany algorytm stwarza możliwość doboru satelit z podobnym rezultatem jak tradycyjne algorytmy optymalnej selekcji, jednakże wykorzystując jedynie od 8% do 12% ich kosztu obliczeniowego. W pierwszej części pracy, zaprezentowano wstęp oraz wprowadzenie do systemów GPS, włącznie z error compositions; koncepcja współczynników geometrycznej dokładności, na których bazuje wiele metod selekcji, oraz bieżący stan wiedzy dotyczący metod wyboru satelit. W drugiej części, niniejsza praca opisuje model systemu pozycjonowania GPS, oraz obliczenia pozycji punktu przy 4 lub więcej satelitach. Opisano następnie metody wektorowe obliczania kątów nachylenia satelit, oraz pojęcie elevation mask. Następnie, wskazano dokładnie relacje pomiędzy błędami w pseudoodległościach, oraz kątach nachylenia. W kolejnym rozdziale, opisano obliczenia GDOP dla wybranej konfiguracji, oraz przeanalizowano związek pomiędzy GDOP oraz końcowym błędem pozycjonowania programu, a także w jaki sposób ilość satelit w konfiguracjach wpływa na odpowiedni minimalny GDOP. Na koniec zostaje przedstawione oraz omówione kryterium ważonego DOP (WDOP) . W trzeciej części pracy, przedstawiono algorytm selekcji satelit dla konfiguracji z 6 satelitami, bazujący na suboptymalnym algorytmie wykorzystującym azymut, kąty nachylenia, oraz kryterium WDOP. Algorytm oraz zasada jego działania zostaje dokładnie opisana. Następnie przeprowadzono symulację z użyciem 10 zestawów wejść satelitarnych, używając plików rejestru zdarzeń z odbiornika Novatel zarówno dla zaproponowanego algorytmu, jak i dla algorytmu optymalnej selekcji. Obydwa algorytmy zostały porównane pod kątem zarówno końcowego rezultatu, jak i wydajności.
File
  • File: 1
    Diploma Thesis_CAI_August_20.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 12258

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTf12050775bd7420e8e9e5436aeaad4de/
URN
urn:pw-repo:WUTf12050775bd7420e8e9e5436aeaad4de

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page