real-time challenges of an australian national positioning ... - py0402 - melachroinos.pdf · 6...

23
1 Real-time challenges of an Australian National Positioning Infrastructure S. Melachroinos 1 , T. Li 2,1 , T. Papanikolaou 2,1 , and J. Dawson 1 1 Geoscience Australia | Geodesy Section | GSM Group | CSEM Division 2 Centre for Research and Cooperation in Spatial Information (CRSI) IGS 2016, Sydney, AUS

Upload: others

Post on 26-Mar-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

1

Real-time challenges of an

Australian National Positioning Infrastructure

S. Melachroinos1, T. Li2,1, T. Papanikolaou2,1, and J. Dawson1

1Geoscience Australia | Geodesy Section | GSM Group | CSEM Division 2Centre for Research and Cooperation in Spatial Information (CRSI)

IGS 2016, Sydney, AUS

Page 2: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

2

Overview

Improved Governance

Ground Infrastructure Development

GNSS Analysis

Capability Data & Service

Delivery

à Australian NPI Strategic Planning Framework http://www.industry.gov.au/INDUSTRY/IndustrySectors/SPACE/Pages/default.aspx

This talk

Page 3: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

3

Australia’s NPI : GPS to multi-GNSS

GPS(32)+Glonass(24)+Galileo(26)+BeiDou(29)+IRNSS(7)+QZSS(4)+SBAS(13)

Future  GNSS  Satellites  (mask  angle  30  degrees)  

Page 4: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

4

(Type of service based on RTCM definition 021-2015-SC104-879)

PPP/SSR-DQ2 IN : ORB+CLK OUT : PPP client with float ambiguity

PPP-RTK/SSR-CSx

IN : ORB+CLK + USDs + atm. corr.

OUT : PPP client with

instantaneous AR

PPP-RTK services & products

PPP-AR/SSR-CQx

IN : ORB+CLK + USDs OUT: PPP client with ambiguity fixing and long convergence

Page 5: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

5 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

PPP vs PPP-RTK

Wübbena et al. ION 2005 Ionosphere-free PPP-AR methods Fractional Cycle Bias – FCB - (Geng et al. 2010; Geng et al. 2012) IRC (Integer Receover Clock) - Mercier and Laurichesse (2007), Laurichesse and Mercier (2007) DSC (Decoupled Satellite Clock) - Collins et al. (2008) PPP-AR methods (w ionosphere) Common Clock (CC) - Teunissen and Khodabandeh (2015) Distinct Clock (DC) - de Jonge (1998), Odijk (2002) and in Teunissen et al. (2010)

Page 6: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

6

Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs:

“High Accuracy Real-time Positioning Utilising the Japanese Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) Augmentation System” [RMIT]

“Multi-GNSS PPP-RTK Network Processing” [CUT]

“Ionosphere modelling for PPP-RTK” [BoM]

“Precise BDS SRP and Attitude modelling for real-time PPP-RTK” [GA]

The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Coordination of CRCSI research outcomes

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�Scenario

Page 7: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

7 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

PPP-RTK transmission by LEX

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�Scenario

future CLAS on L6 ?

Page 8: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

8 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Compact PPP-RTK corrections

RTCM SC104 meeting Sep 2015 Rui Hirokawa

Page 9: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

9 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

PPP-RTK corrections from a network in a Common Clocks v.1 (CC-R) S-system

Correc&ons  in  PPP-­‐mode  

Recovering  the  integerness  of  the  user  

ambigui&es    

Es&mable  biased  satellite  clocks    

Es&mable  biased  satellite  phase  biases    

Applicable  to    mul&-­‐frequency  mode  

only    

Es&mable  biased  satellite  code  biases    

 Biased  slant  ionospheric  delays    

Speeding  up  the  user  IAR  

Odijk  et  al.  2015    JoG  ,  CRCSI  patent    

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�Scenario

Condition (1st epoch)

All n stations see all m satellites – Not valid for global networks

Page 10: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

10 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Multi-GNSS Inter System biases

Mul&-­‐GNSS  setup:  

USER  

Mul)-­‐GNSS  user  corrected  observa)on  model:  (ISB-­‐corrected)  

Ques&on:  What  would  happen  if  network-­‐derived  es&mable  ISB  correc>ons  are  a-­‐priori  available?  

J  Mul&-­‐constella&on  can  be  treated  as  one  single-­‐constella&on    

More  redundancy,  beQer  precision  and  integrity,  higher    IAR  success-­‐rates    

Odijk  et  al.  2012,  Odolinski  et  al.  2015  

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�Scenario

Page 11: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

11 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

BDS Inter system biases

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�Scenario

�.�� ��-/) �� ��"�������������!����������������������������������������4!�����������3���������������������������������� ��� 5656$� "��� ������� ������������� ������� ��� ���� .������� �������/��������� ������� ��/���� !������ �78�.���� %������� �������� ��� &������ '��(������������ ���������� ������� �'(���� ������� ���� �������� ������������� ���� )���*�� +�����,����� ���������� ������� �+,���� ��� ���� 2���� !������� ��������� ���������� ��������2!����$� 9����� �������� ����� '(������ ���� �������� ���������� ��� ��� ����� ��� �$�$��0������� ���� ��$� �56:;�$�!���� ����� �������� �!"#������������ �������� ���������������������������������������������� ��������������������$�$����(��������$��56:;���1�������$��56:;�� ��� 8����� �� ��� ��$� �56:;<� 56:=�<� 56:>��� ���� ������ ��� ������� ���������� ��� ��8����� �� ��� ��$� �56:=�<� 56:>��� ���� ���� ��������$���� ������ ������ ��������� ��� ��� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������$�.������ ������ �������� ���� ������ ������� ����� ��&���� ���.���������� ������� �������� �������� ���� �,�����������������������������$�"������������������������������������������ �������������������!"#��������������(�������� �,��������������������� ���������������������������������������������������/������.��������$��"������������� �����'(��������������+,����.�����5?��56:;������������������������������/�����.��������� ������������������������������:6@����������������������������������9������:$� "��� ������������ ������ ���� �� �������� ��� �� �������� �� (����� �� � ,�������9��������A��56:>������������������������������������9������:$�"���/������������������ �������� �>��������������%�����8����� ��%8���>� 2��������������������8����� �2��8�����=�0������ %����� 8����� �0%8�� '(�� ������������ ;� �������� 2�8����� B��������� �28B�� 0%8����������������:�1�������������%����������8������1%8��+,������������$�"���(��������������� ����� ��� ���� ��� ���� � �� ��� ����������� ���� ���� ���� ��� ���������� ��� /������� ������ ;��%8��������������������������>�2��84+,��������������;���������0%8�����������$�"����������������������!"#������������������������������������3������������������������������(��������������������/����� ����������������������������������� �����/�$��

��������������

9������:C�'(��������������+,������������� �������������������/������.����������.�����5?��56:;�������������(�������� �,�������9��������A��56:>����(����������������� ������������������������������9����8����������&���������� �98&��0%8������������ �������� ��������� ���� ������ ������������ ������� �3������� ��� ��� ��������� ����������������������������������56:>�������$�$��/���������56:>��$�.���3���2��8�'(���������������������������������������0�����;6��56:>�������$�$��/��������56:>�������������������'(������������ ������':������������������������7:47:��/�4+,������%:�����������������$�.������ �������� ��������� ����� �����'(������������ �������������������� �������������$�"���

����� ���� 2�'�������� ������� ��� ���� 2�'����3��� ������� ���� ��������� ��� ����� ����� �������������$������ ����� ���� 2�'��������������� �������������� ���� ������� �������� ����� ���� ������� ��� ������ ������� ������ ������������� ����� ���� ������ +,��� ���������� ��� ���� ������������� ��� ���������� ���� ��� ��� ��������� ��� ��������� ���� 2�'��$� ����� ���� ������ ��� �/������������������������������������������������������������������������� �����(������56:>�� ���������������/������56:;�������9������=�� �����������9������>������!��������%:N7:N7:��������N+,��N�/��!"#��������������������(��������������$�"������������������� ����������� ���������� ��� ���� %:N7:� �������N�/�� !"#������� ������ ������ �� /����� ��� ���� ���9������>$��

�����'�������������!����/�����

�����'�������������!����(�����

9������>C�9��������������������������������!������ �������������������������� ��������� ���:6�;>@$�"�����������������!�������� ���������������.�����5?�;6��56:;�����/������#������9��������A�M��56:>�����(������/���

�"��� 7:� �/������ �!�� �� 9������ >� ���� ������� ������� ���� ���� �������� ������ �� (����� ���������������/����� �������������������������������/������������������������� �������������(����������"�����5�$��������������������%:N7:��������N�/��2�'���������������!����/������������� ����� ����� ���������� ����%:N7:N7:��������N+,��N�/�� 2�'�������������� �!�� ��(���������������������� ���������������������$�0���� ����������� �����!�� ������������������������������ �������2�'��������3���������������������������������������������(����$�"������������������������������+,��������������������������������������������������� ������������� ������ ��� ����������� ���� �����$� "���� ��� ����� ��� ���� ��� ��������� ���� ��������������������������������������� �������� ����������!���������������������������������������������������� �������2�'��������3��$�������������������������2�'������������������������������������������������ ����������������������������������$���"����!����9������>���������������������������� �������'(���������������������������/��� ����� ���� �!�� ���� ������ ��� :66O� �� /����� ���� �������� �������� ������ ��� ��� 5>@� ��� ����'(�N�/����� ������������������$�"����������������������� ������ ��(����� ���:6�56@����� ���� ������������ ������ ��� �������� ����� ���� 2�'�� ���� ��3��� ������ ���� � ����$� "������������� ������������� ���� �������� ���/����� ������������� ��� ���� �� ������������'(����������������� �����(����������9������:����9������=�$�&�����������������������������!��

Odolinski  and  Odijk  2015  

����� �� � �� ! �� �� ��� ���� ��� ����������� �(�� �������� ���:5� ��

��:5�� � ���� ���� �(�

����4������ ����������� ������������� � � KKKK4J ���

����

� ����� �� � ��� ���� ������������� ���������� ����� ���� �������� � ��� ��������� ����������� �� �������� ����� ������-��� ���� ������������������� ���� �������� ��� ���� �������� ������������ � ��$ � ��� ���� ��������� ��� �� ��������

KK$KK ���������������� �� � ��� ������������������������������������� �� � ������������������������������������ �� �������� ���������������������������������$�"�������������� � �������

:5:5 ��� ���� � � ����������������������������

:5I�� J� ���� :�:5:5 � � ��������������������� � �����/��������������������������

���

�� ��� :5�::5�:5�

I� � � ���������/��(�����������&����'�����(&'�����������������"���

���

���

�� �� :

:5�:5�::5�:5�I ��� �� � ���������/�������������� �����1����������������

���

�� ��� :5�

H:5�

H:5�I

� � � �����������������2�'��H::

:5�:5�H:5�

H:5�I

���

���

�� ����� �� � ������������ ������ 2�'� ������� ��� �� ������������������ �((��

���������������������������

��

��� ��� :

:5�:5�::5�I � � � ((��/��������������������

HHHH ::5�:5�

::5�I

��

��� ��� � � � ((�'(��������������+,�������������������$�

"������������������������������������������������������������������������������ ������������������� ��� ����������1��������������� ���� ���� ���������$�"������������ ����������������������� � ������������������������������:�������� ���"�����:$���.��1������������(��#�2�&�#��������� !��&��"���F2�'����3��G��������������������������������������������2�'������������������ � ��������� ��� ��� ����������� ��� �� ������� ����������� �� ���� ����� ��� ������ ����������� �� �:�� ��������������������������������$�2����������� ������8����� �������$�56:>������������������� ��(������������������������������������������������������ ���

H::5�:5�:5:5

H5

H:5�

H:5�

:5�:5:5H5

H:5�

H:5�

::5�:5�:5:55:5�

:5�:5:55:5�

IIIJ

IIJ

IIIJ

IIJ

���

��

����

��

��

����

��

���

��

������

��

������

��

�����

�������

�����

������

����

���

������

�����

�����

����

�� � � ���������� � � � �5�

�����

H:5��

�� � ������� ���� ����� 2�'�� ����������� ���

H:5��

�� � ���� ������������ ������ 2�'������������$�2�%��������5�� ��������������� ����������������������������������������������

���

��� #��� ��

�:5::5�:5�

::5�

HHI �� � � ��������� � � � ��������� � � �;��"����������������� ������������ �������������������������/�������������������������������� ������� ���������� #� ��� ����� ������ ����� ���� ����������� ��� ��������� ���� ������ 2�'�����������$�"���������������������������%��������5�������� ���"�����:$���.3���&��&���������&������������&�����#�����#����������#��������� !��&���"��� ������ ��� ������������ ���������� � � �� ��� ��������� ���� ���� ������� � ������������ �������������� !"#� ������� �� �:�� ��� �5�� ��� ��������� �� "����� :$� 7���� ��������������� ���� ����������� ��������� ����� ��� ���� ������ ��� ����������� ��������� ��� ����� ����

2!����������������������������� ������� �,����������� ����� ���������������� ������������������ ������� ��� ��� ����� �� �$�$� ������D��� ��� ��$� �56:>�$� "��� !������ �78�.��� ��� ����������������� ����� ��� ���� ���� ��� ���������� ��������� ����� ��� ������ �� ����&����(������0��������.������ �&(0.��� ����� ���� �� �� ��������� ������������� ������� ������ ��������������������������������������$��

�2� ����� ������ �� ���� ������ �� ���� ��������������� ����������� !"#� ������ ���� ��������������$� "��� �������� ���� ��������������� !"#� ��� ����� ����� �3������ ��������� ����������������������� ��� �����������!"#����� �� ���� �������� ����� �������� ��������� ��������������$�"������������������� �������������������7:�������/���%:���������������7:������+,��� ��� ':� ����� '(�� ��� ��� ��� ��3���-�� ���� ������ ��� ����������� ���� ��������������������$� "��� %:��������� ��� 7:��/�4+,��� ����������� ���� ���������$�1� ���� �����������'(������������� ���� ��������':� ��������� ����� ����������� ���������� �������������� ���� ��/�� ������ 56:>���� ����� ���� ��� ���� �� ��� �������� ��������� ������ ���������������������������������"�����:�$���2� ������� 5� �� ��������� ���� ������� � ��� ����������� �����������������!"#������� ������������'(������������+,�������/�$������������������ �������������������������2�'��������������� ����� ���� 2�'�������������������� ���� 2�'����3���������� ����� ���� 2�'��������������� ���������� �� ������ ��� ��������� ���� �����$� 2� ������� ;� ���� ����������� !"#����������� ����������� ��� �������� ��� ��������� ��� ��� /������ .��������� ��� (�������� �,�����$�2��������=� ��������������� ��������������������������$���.��/0 ��� ����� �0*�('�*0� *�� !�1/ ) �� '0���-*0���"��� ������������ ��������� !"#� ������ ��������� �� ����� ������ ��� ��������� ������� ������������ �� 8����� �� ��� ��� �56:>���� ������ �� ��� ����������� ����������������� ��(������������$� "���� ������ ��� ������� �������� ��������� �������� ����� �������� ������������������������������������������������������������������������������������ � ��������$�$� "������� �:?E>�$� "��� �(�� ��������� ������������������ ������������ ����� ��� �������������� ����������������� ��������4�������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������$������ ������������������������ ��� ����� ���� �� �� � ����������� ��� �������� ���������� ������ ������� ��� �����������������������������������������$�9�����������������!"#������������ ����������������������������� ��������������������������������������������������������������$�$�8����� ���������56:=��$���.��1������������(��#���#��������� !��&��"��� F2�'�������G� ������ �������� ����� ���� ������������ ������� �2�'��� ���� ��� ���������$������������ � �� ��������� ���� ��� ���� �/�� ����������� �� �������� ��� ����� ������� ������������� �� ����������� ����� �� ���������� ������� ���� ��������� ���� +,��� ��� ���� '(�$� 9������������ �������� �� ������� ������������� ���������(� ��������������������� �������������� �������� ����� ��� ���������$� "��� ������-��� ������� � �(� ������� ��� ����������������������������������������������������������������������������������

HH::5�

H:5�:5�:5:5

H5

H:5�

H:5�:5�:5:5

H5

H:5�

::5�:5�:5:55:5�

:5�:5:55:5�

IIIIJ

IIIJ

IIIJ

IIJ

���

��

��

����

��

��

����

���

��

������

��

������

�����

�������

�����

��������

����

���

������

�����

�����

����

�������� � � ��������� �� � �:�ISB fixed

ISB float

Page 12: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

12

Intrinsic part of our future National Positioning Infrastructure

Key research questions :

1.  What is the in-principle noise floor for determining absolute slant total electron content (STEC) from existing CORS stations and available multi-frequency GNSS tracking data in Australia ?

2.  What is the most appropriate modeling approach for interpolation of the STEC data from the CORS network into the required 3D ionospheric model ?

3.  What are the potential roadblocks to delivering the ionospheric model to users and how can these be overcome?

The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Improved Ionospheric Modelling

Page 13: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

13 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Impact of Ionospheric Modelling / SSRCS2

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�Scenario

MOBS station in Melbourne 13 of August 2014

PPP-AR

Page 14: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

14 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

MGEX RTCM latency test – ACS PDE

Page 15: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

15 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Sum up •  Braking old Habits •  Adopting new Formats

•  Adopting new Terminologies

•  Building new Conventions

•  Building new SW tools Building a multi-GNSS software (ACS) capable of producing a range of PPP-RTK products based on a novel approach – CC POD research position on BDS SRP and attitude modelling http://www.seek.com.au/Job/30354892

Satellite Phase bias messages are needed to support carrier phase applications of RTCM-SSR SSR-WG 2015-10-14

Page 16: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

16

Phone: +61 2 6249 9111

Web: www.ga.gov.au

Address: Cnr Jerrabomberra Avenue and Hindmarsh Drive, Symonston ACT 2609

Postal Address: GPO Box 378, Canberra ACT 2601

Contact Stavros Melachroinos, PhD Geoscience Australia

Team Leader of GNSS Positioning and Algorithms Development

Geodesy Section | Geodesy and Seismic Monitoring Group |

Community Safety & Earth Monitoring Division

P : +61 2 6249 6479

E: [email protected]

http://www.crcsi.com.au/research/1-positioning/1-14-development-of-analysis-centre-software/

Page 17: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

17

Back up Slides

The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Page 18: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

18 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

RTCM SSR PPP-AR Interoperability

Seepersad and Bisnath ION 2015

Page 19: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

19

-  Solve for rank deficient system of GNSS obs.eq.

-  system theory (Baarda 1973; Teunissen 1985) à -  Solve dimN(A) = n−r where N is the null space of design matrix A

-  Proper Interpretation of the network and user parameters

-  BUT not all parameters can be estimated unbiased

-  in a Common Clocks (CC-S) S-system (Odijk et al. 2015) -  Satellite and receiver clocks are parameters common for all phase

and code observations

-  Assumption : all n receivers in the network ‘see’ all m satellites at the same time – NOT TRUE in global networks

-  Functional models derived only for CDMA signals

The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

PPP-RTK corrections from a network

Page 20: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

20 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

   PPP/SSR-­‐DQ2  •  Based  on  phase  and  code  data  

•  Satellite  orbits  +  clocks  (+  code  biases  for  >  3  freq.)  required  

•  Es1mable  ambigui)es:  non-­‐integer  as  they  are  biased  by  hardware  biases  

•  Improvement  in  posi1on  precision  if  precise  ionospheric  correc)ons  are  used  

•  Based  on  phase  and  code  data  

•  Satellite  orbits  +  clocks  (+  code  biases  for  >  3  freq.)  +  phase  biases  required  

•  Es1mable  ambigui)es:  integer  as  they  are  es1mable  as  double  differences  (rela1ve  to  pivot  receiver  network)  

•  Faster  1me-­‐to-­‐fix-­‐ambigui1es  if  precise  ionospheric  correc)ons  are  used  

PPP-­‐RTK/SSR-­‐CS2  

PPP vs. PPP-RTK

Page 21: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

21 The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Mixed receiver Beidou Inter-Satellite System Biases

3

99Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

MultiͲfrequency�estimable�parameters:

Size�of�rankͲdeficiency�(UD,�SingleͲEpoch,�MultiͲFrequency):

Similar�interpretation�as�theirdualͲfrequency�counterparts

In�contrast�to�the�dualͲfrequency�scenario,�biased�code�hardware�delays,on�the�third�frequency�and�beyond,�get�

estimable�

BUT

1010Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

ShortͲdistance

1. BetweenͲstation�spatial�information�

Ionospheric�pseudoͲobservations

ZeroͲmean�residuals,�i.e. with�the�variance�of�

¾ IonosphereͲfixed scenario�

¾ IonosphereͲfloat scenario�

Two�extreme cases:

1111Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

¾ GF�satellite�code�hardware delays�remain�nullified,�thus�being�inestimable as�before�

¾ GF�receiver�code�hardware delays�(excluding�those�of�the�reference�station)�cannot�be�nullified�any�more,�thus�getting�estimable!

BUT

1212Curtin PPP-RTK Workshop, 15 May 2014, Perth, Australia

Network�fullͲrank�model

Impact�of�ionospheric�information:

1. BetweenͲstation�spatial�information�

The�estimability of�the�receiverͲspecific (plus�ionospheric)�parameters�would�change

IonosphereͲFloat�Scenario

IonosphereͲWeighted�ScenarioMay 22, 2014 RTCM Meeting Darmstadt 1

RxA RxB

nonGEOnonGEO

RxA RxB

GEOGEO

RxA RxB

GEOnonGEO

BeiDou Inter-Satellite-Type Bias Evaluation and Calibration for Mixed Receiver Attitude Determination, Nandakumaran Nadarajah; Peter J. G. Teunissen and Noor Raziq, Sensors 2013, 13, 9435-9463; doi:10.3390/s130709435

The Mixed-Receiver BeiDou Inter-Satellite-Type Bias and its Impact on RTK PositioningNandakumaran Nadarajah, Peter J.G. Teunissen, Jean-Marie Sleewaegen, and Oliver Montenbruck, in press

BeiDou Inter-Satellite-Type Biases

OK OK ½-cycle biases

Test of BeiDou short baseline RTK with mixed receivers:

RTCM Paper 120-2014-SC104-829

[1] N. Nadarajah et al. 2013 [2] N. Nadarajah, et al. 2014. [3] N. Nadarajah etc.,RTCM SC-104 Conference, May,2014,Darmstadt

Use of different sign conventions for the secondary code of IGSO/MEO navigation messages = > 180d phase-shift => catastrophic failure of ambiguity resolution

Page 22: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

22

•  Iono parameters depend from the chosen S-basis

•  There is a rank deficiency between the slant (1st order) ionospheric parameters and the phase/code biases

•  The network’s S-basis results in a change in the interpretation of the user ionospheric delays

•  The rank-deficiency disappears in the case we consider an ionospheric model (e.g. a single layer where the slant delays have been mapped to their zenith version / station)

•  In the case that a user doesn’t make use of the network ionospheric model the interpretation of the user’s defined ionospheric parameters will depend from the information content in the network corrections !

The Multi-GNSS Precise positioning Software (MGPIS)

Impact of Ionospheric Information

Page 23: Real-time challenges of an Australian National Positioning ... - PY0402 - Melachroinos.pdf · 6 Pre-defined outputs of the following CRCSI positioning programs: “High Accuracy Real-time

23

Improved Ionospheric Modelling

Modelling the Ionosphere

à CRCSI, BoM, Curtin, GA

à 4-D ionosphere model

Modelling troposphere

à CRCSI, BoM, GA

à Operational product generation for weather forecasting