A Global Positioning System (GPS) can be used to estimate an objects position,given that the object has a GPS antenna. However, the system requires informationfrom at least four independent satellites in order to be able to give a positionestimate. If two GPS antennas and a carrier-phase GPS measurement unit is usedan estimate of the objects heading can be calculated by determine the baselinebetween the two antennas. The method is called GPS Attitude Determination(GPSAD) and requires that an Integer Ambiguity Problem (IAP) is solved. Thismethod is cheaper than more traditional methods to calculate the heading butis dependent on undisturbed GPS-reception. Through support from an InertialMeasurement Unit (IMU), containing accelerometers and gyroscopes, the systemcan be enhanced. In Thorstenson [2012] data from GPS, GPSAD and IMU wasintegrated in an Extended Kalman Filter (EKF) to enhance the performance. Thisthesis is an extension on Thorstensons work and is divided into two separate problems:enhancement of positioning when less than four satellites are available andthe possibility to integrate the EKF with the search of the correct integers for theIAP in order to enhance the estimation of attitude. For both problems an implementationhas been made and the performance has been enhanced for simulateddata. For the first problem it has been possible to enhance the performance onreal data while that has not been possible for the second problem. A number ofproposals is given on how to enhance the performance for the second problemusing real data.

The thesis proposes the low-cost solution of Differential GPS using Arduino as a Master Control Unit. The thesis provides the methods of GPS position augmentation, which is available for varied applications such as drones or autonomous lawnmowers operated in a private sector. Used methods of GPS positioning accuracy improvements are based on a Satellite-Based Augmentation System (SBAS) and pseudorange residuals.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004Bitstream added on 2014-06-13T19:09:21Z : No. of bitstreams: 1 souza_em_me_prud.pdf: 1771107 bytes, checksum: ce4e3217f24011b9986cfca93b8d43b7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O GPS tem mostrado ser capaz de apoiar uma grande variedade de aplicações. Porém, algumas aplicações enfrentam um obstáculo, ou seja, o efeito do multicaminho. O multicaminho é o fenômeno pelo qual um sinal chega à antena do receptor por caminhos múltiplos, devido à reflexão. O sinal refletido chega atrasado em relação ao sinal direto. Se estes atrasos forem curtos, ou seja, provenientes de reflexões próximas à antena do receptor, o efeito de multicaminho é caracterizado como de baixa freqüência, caso contrário, o efeito predominante é de alta freqüência. Este efeito distorce a modulação do sinal e a fase da portadora, conseqüentemente, degrada a acurácia e a precisão nos posicionamentos por ponto e relativo. Este efeito também pode impedir a fixação das ambigüidades, ou conduzir a uma solução incorreta das mesmas. Por isso, é de grande importância dispor de meios que possam atenuar o multicaminho. Uma possibilidade para atenuação deste efeito, tanto para fase como para a pseudodistância, é a utilização de uma poderosa ferramenta de análise espectral para o estudo de sinais: a transformada wavelets. Esta transformada decompõe o sinal, neste caso as duplas diferenças, separando as altas freqüências, onde se encontra o efeito do multicaminho proveniente de atrasos longos, das baixas freqüências, ou seja, a identidade do sinal e multicaminho de atrasos curtos. Após o processo de decomposição, utilizando os coeficientes wavelets o sinal pode ser reconstruído sem o efeito de multicaminho de alta freqüência. Esse procedimento é desenvolvido nesta dissertação de Mestrado. Os coeficientes wavelets relativos ao multicaminho obtidos das medidas de dupla diferença foram reconstruídos e, dessa forma, pôde-se analisar os erros e comprovar que satélites em baixos ângulos de elevação sofrem os maiores efeitos de multicaminho... / GPS has shown to be capable of supporting a wide variety of applications. However, some applications face a major problem. This is the effect of multipath; witch is a phenomenon whereby a signal arrives at a receiver via multiple paths. The multipath distorts the signal modulation and the carrier phase, degrading the accuracy and precision of absolute and relative positioning. This effect can impede the ambiguities fixation or to induce to an incorrect solution of the same ones. A possibility for the reduction of this effect, either for the carrier phase or the pseudorange is the use of a powerful tool of the spectral analysis to study the signals: wavelet transform. This transform decomposes the double differences signal separating the high frequencies, where there is the multipath effect from long delays, of the low frequencies, that is, identity of the signal and multipath of short delays. After the decomposition process, using the wavelets coefficients the signal can be reconstructed without the high frequency effects. This procedure is developed in this dissertation. The wavelet coefficients relative to the estimated and removed multipath from the double difference were reconstructed and these errors could be analyzed and verified as well that satellites at low elevation angles cause larger multipath errors. The daily multipath repeatability was also verified. Even the high frequency multipath not causing great errors, because the largest cause of these errors is the low frequency one, the correction of this effect provided improvements of up to 30% at the pseudorange average residuals and up to 14% for the carrier phase. The results also showed that the ambiguities solution was more reliable after the high frequency multipath correction. On the other hand, if there were no high frequency multipath effect, the proposed method will not affect the results...(Complete abstract click electronic access below)

Orientador: João Francisco Galera Monico / Resumo: O GPS tem mostrado ser capaz de apoiar uma grande variedade de aplicações. Porém, algumas aplicações enfrentam um obstáculo, ou seja, o efeito do multicaminho. O multicaminho é o fenômeno pelo qual um sinal chega à antena do receptor por caminhos múltiplos, devido à reflexão. O sinal refletido chega atrasado em relação ao sinal direto. Se estes atrasos forem curtos, ou seja, provenientes de reflexões próximas à antena do receptor, o efeito de multicaminho é caracterizado como de baixa freqüência, caso contrário, o efeito predominante é de alta freqüência. Este efeito distorce a modulação do sinal e a fase da portadora, conseqüentemente, degrada a acurácia e a precisão nos posicionamentos por ponto e relativo. Este efeito também pode impedir a fixação das ambigüidades, ou conduzir a uma solução incorreta das mesmas. Por isso, é de grande importância dispor de meios que possam atenuar o multicaminho. Uma possibilidade para atenuação deste efeito, tanto para fase como para a pseudodistância, é a utilização de uma poderosa ferramenta de análise espectral para o estudo de sinais: a transformada wavelets. Esta transformada decompõe o sinal, neste caso as duplas diferenças, separando as altas freqüências, onde se encontra o efeito do multicaminho proveniente de atrasos longos, das baixas freqüências, ou seja, a identidade do sinal e multicaminho de atrasos curtos. Após o processo de decomposição, utilizando os coeficientes wavelets o sinal pode ser reconstruído sem o efeito de multicaminho de alta freqüência. Esse procedimento é desenvolvido nesta dissertação de Mestrado. Os coeficientes wavelets relativos ao multicaminho obtidos das medidas de dupla diferença foram reconstruídos e, dessa forma, pôde-se analisar os erros e comprovar que satélites em baixos ângulos de elevação sofrem os maiores efeitos de multicaminho...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: GPS has shown to be capable of supporting a wide variety of applications. However, some applications face a major problem. This is the effect of multipath; witch is a phenomenon whereby a signal arrives at a receiver via multiple paths. The multipath distorts the signal modulation and the carrier phase, degrading the accuracy and precision of absolute and relative positioning. This effect can impede the ambiguities fixation or to induce to an incorrect solution of the same ones. A possibility for the reduction of this effect, either for the carrier phase or the pseudorange is the use of a powerful tool of the spectral analysis to study the signals: wavelet transform. This transform decomposes the double differences signal separating the high frequencies, where there is the multipath effect from long delays, of the low frequencies, that is, identity of the signal and multipath of short delays. After the decomposition process, using the wavelets coefficients the signal can be reconstructed without the high frequency effects. This procedure is developed in this dissertation. The wavelet coefficients relative to the estimated and removed multipath from the double difference were reconstructed and these errors could be analyzed and verified as well that satellites at low elevation angles cause larger multipath errors. The daily multipath repeatability was also verified. Even the high frequency multipath not causing great errors, because the largest cause of these errors is the low frequency one, the correction of this effect provided improvements of up to 30% at the pseudorange average residuals and up to 14% for the carrier phase. The results also showed that the ambiguities solution was more reliable after the high frequency multipath correction. On the other hand, if there were no high frequency multipath effect, the proposed method will not affect the results...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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To be able to receive a position from a smartphone user is very valuable. Wit- hout this many applications would not work at all. For many applications the existing position libraries are not good enough, for example augmented reality applications which requires millimeter precision for a good experience. The goal of this report is to study if GNSS positioning can be improved for smartphones.The study focuses mostly on Android and has the goal of using the method “trilateration” to combine multiple satellites position and their distance to a receiver in order to calculate a real position. The projekt consists of two parts: and Android application and a Java Tomcat server. The android applica- tion uses the programming library “Location” to access raw GNSS-data for cal- culating the distance between the receiver and the satellites, which is called “pseudorange”, and the server functions as a REST API which provides GALI- LEO satellites current position. The project tries to combine these parameters in the Application to create a position. Although the report did not succeed in com- bining these parameters to calculate a position, it does describe of it is still pos- sible; which applications has succeeded before and what others ought to think about when starting similar studies. This project would require a bit more time to reach its end goal, but the fact that raw GNSS-data has become available to all developers on Android is a promising development since others may conti- nue or do their own research. This project focuses solely on GALILEO satelli- tes, mostly to time constraints. In future works all available satellite constella- tions should be used for better results. / Att få en position av en smartphoneanvändare är mycket användbart, utan detta skulle många applikationer inte fungera alls. För många applikationer är den givna positionerings biblioteken inte tillräckligt bra dock, som t.ex. för augmen- ted reality applikationer som kräver millimeter-säker precision för en bra an- vändarupplevelse. Målet med denna rapport är att undersöka om GNSS-positio- nering kan förbättras inom smartphones. Undersökningen fokuserar mest på Android och har som målsättning att använda metoden “trilateration” för att kombinera satelliternas position och dess distans till en mottagare för att sedan räkna ut en verklig position. Projektet består av två delar: en Android applika- tion och en Java TomCat server. Android applikationen använder programme- rings biblioteket “Location” för att få tag på rå GNSS-data för att räkna ut di- stansen mellan satelliter och mottagaren, vilket kallas för “pseudorange”, och servern fungerar som ett REST API som returnerar GALILEO-satelliters nuva- rande position. Applikationen försöker kombinera pseudorange och satelliter- nas position med trilateration för at få ut mottagarens position. Rapporten lyck- as inte uppnå detta mål dock, men den beskriver hur det ändå är möjligt, vilka andra applikationer som lyckats och vad andra bör tänka på om de vill göra lik- nande studier. Det skulle behövas lite mer tid för att avsluta detta projekt, men faktumet att råa GNSS-data har blivit tillgänglig för alla Android-utvecklare, från att ha varit helt gömd, är en lovande utveckling då det låter andra forska på egen hand. Detta projekt fokuserar enbart på GALILEO satelliter, mestadels för tidsbegränsningar.

International Telemetering Conference Proceedings / October 28-31, 1985 / Riviera Hotel, Las Vegas, Nevada / Demonstration results are presented for a high dynamic GPS receiver. The receiver tested is a breadboard unit capable of tracking one simulated satellite signal in pseudorange and range rate. The receiver makes approximate maximum likelihood estimates of pseudorange and range rate each 20 ms, and tracks these observables using a third order filter with a time constant of 0.14 s. Carrier phase is not tracked, which eliminates the typical failure mode of loss of carrier lock associated with PLLs at high dynamics. The receiver tracks with pseudorange lag errors of under 0.06 m when subjected to simulated 50 g turns with 40 g/s peak jerk. Pseudorange errors due to receiver noise alone are approximately 0.6 m rms at a carrier power to noise spectral density ratio of 34 dB-Hz. The tracking threshold SNR is approximately 28 dB-Hz, which provides 12 dB margin relative to the 40 dB-Hz that occurs with minimum specified satellite signal strength, 3.5 dB system noise figure, and 0 dBi antenna gain.

International Telemetering Conference Proceedings / October 22-25, 1984 / Riviera Hotel, Las Vegas, Nevada / A breadboard high dynamic GPS receiver capable of pseudorange tracking with accelerations of 50 g or higher without inertial aiding is presented. The receiver uses cross correlation followed by fast Fourier transformation to approximate maximum likelihood estimation of pseudorange and range rate, with no phase or delay locked loops. The breadboard system consists of a one channel receiver and a high dynamics signal simulator. A planned demonstration of the receiver is described and anticipated results are presented showing pseudorange lag errors of under 10 m with acceleration of 50 g.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005Bitstream added on 2014-06-13T19:29:38Z : No. of bitstreams: 1 aguiar_cr_me_prud.pdf: 7492218 bytes, checksum: 117035e4185d5091d476aa36427a4feb (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os receptores GPS de uma freqüência são utilizados na maioria dos trabalhos de posicionamento com GPS. Dentre as diversas aplicações, pode-se citar aquelas em que é de suma importância obter as coordenadas da antena do receptor em tempo real, tais como navegação aérea, marítima e terrestre, monitoramento da troposfera e ionosfera, monitoramento de deslocamento de estruturas e tubulações, entre outras. Porém, uma das maiores fontes de erro para estas aplicações é o efeito da refração ionosférica. A determinação deste efeito tem sido feita com observações coletadas com receptores GPS de dupla freqüência, e a partir da estimativa dos valores da refração ionosférica, pode-se aplicar a correção nas medidas obtidas com receptores de uma freqüência. No Departamento de Cartografia da FCT/UNESP foi desenvolvido o modelo da ionosfera (Mod_Ion), onde a ionosfera é analiticamente representada pela série do tipo Fourier. Este modelo está implementado, em linguagem de programação Fortran, para ser executado no modo pósprocessado. O foco de interesse atual pela comunidade mundial é o que diz respeito à correção desses efeitos em tempo real. Um algoritmo utilizado para calcular a correção ionosférica, ou obter o TEC, em tempo real, é o filtro de Kalman. No Mod_Ion_FK foram introduzidas duas melhorias: a função de modelagem da ionosfera do Mod_Ion foi alterada; e o filtro de Kalman foi implementado. Os resultados dos experimentos realizados mostraram que a função de modelagem série de Fourier com 19 coeficentes e o processo aleatório Gauss-Markov, foram mais eficazes na correção do efeito sistemático devido à ionosfera, chegando à proporcionar uma melhora na acurácia resultante, do posicionamento por ponto em tempo real, de 90,75%, no período diário de máxima atividade da ionosfera. / Single frequency GPS receivers have been widely used in most of the GPS projects. Among the several applications, one can mention those that require to obtain the receiver's antenna coordinates in real time, such as aerial, maritime and terrestrial navigation, ionosphere and troposphere monitoring, and structure displacement monitoring. However, one of the main drawbacks of the GPS accuracy for L1 users is the ionospheric refraction, which affects, mainly, the point positioning. The determination of this error has been carried out with double frequency GPS measurements, and from these estimate values the corrections can be applied in the single frequency GPS measurements. In the FCT/UNESP, a regional ionosphere model (Mod_Ion) was developed for computing the ionosphere systematic error, as well as TEC (Total Electron Contents). The Mod_Ion was implemented to run in a batch processing mode. The current focus for the worldwide community is concerned to the correction of these error in real time. One of the algorithms used to calculate the ionosphere correction, as well as the TEC, in real time, is based on Kalman filtering. In the Mod_Ion_FK version two improvements were introduced: the function for ionosphere modeling in the Mod_Ion was modified; and the Kalman filter was implemented. The results of the experiments showed that the modeling function with 19 coefficient Fourier series and the Gauss-Markov process, were the most effective in the ionosphere systematic effect's corrections, providing a improvement in the accuracy of point positioning, of 90,75%, in period of the highest ionosphere activity.

Orientador: Paulo de Oliveira Camargo / Banca: João Francisco Galera Monico / Banca: Edvaldo Simões da Fonseca Junior / Resumo: Os receptores GPS de uma freqüência são utilizados na maioria dos trabalhos de posicionamento com GPS. Dentre as diversas aplicações, pode-se citar aquelas em que é de suma importância obter as coordenadas da antena do receptor em tempo real, tais como navegação aérea, marítima e terrestre, monitoramento da troposfera e ionosfera, monitoramento de deslocamento de estruturas e tubulações, entre outras. Porém, uma das maiores fontes de erro para estas aplicações é o efeito da refração ionosférica. A determinação deste efeito tem sido feita com observações coletadas com receptores GPS de dupla freqüência, e a partir da estimativa dos valores da refração ionosférica, pode-se aplicar a correção nas medidas obtidas com receptores de uma freqüência. No Departamento de Cartografia da FCT/UNESP foi desenvolvido o modelo da ionosfera (Mod_Ion), onde a ionosfera é analiticamente representada pela série do tipo Fourier. Este modelo está implementado, em linguagem de programação Fortran, para ser executado no modo pósprocessado. O foco de interesse atual pela comunidade mundial é o que diz respeito à correção desses efeitos em tempo real. Um algoritmo utilizado para calcular a correção ionosférica, ou obter o TEC, em tempo real, é o filtro de Kalman. No Mod_Ion_FK foram introduzidas duas melhorias: a função de modelagem da ionosfera do Mod_Ion foi alterada; e o filtro de Kalman foi implementado. Os resultados dos experimentos realizados mostraram que a função de modelagem série de Fourier com 19 coeficentes e o processo aleatório Gauss-Markov, foram mais eficazes na correção do efeito sistemático devido à ionosfera, chegando à proporcionar uma melhora na acurácia resultante, do posicionamento por ponto em tempo real, de 90,75%, no período diário de máxima atividade da ionosfera. / Abstract: Single frequency GPS receivers have been widely used in most of the GPS projects. Among the several applications, one can mention those that require to obtain the receiver's antenna coordinates in real time, such as aerial, maritime and terrestrial navigation, ionosphere and troposphere monitoring, and structure displacement monitoring. However, one of the main drawbacks of the GPS accuracy for L1 users is the ionospheric refraction, which affects, mainly, the point positioning. The determination of this error has been carried out with double frequency GPS measurements, and from these estimate values the corrections can be applied in the single frequency GPS measurements. In the FCT/UNESP, a regional ionosphere model (Mod_Ion) was developed for computing the ionosphere systematic error, as well as TEC (Total Electron Contents). The Mod_Ion was implemented to run in a batch processing mode. The current focus for the worldwide community is concerned to the correction of these error in real time. One of the algorithms used to calculate the ionosphere correction, as well as the TEC, in real time, is based on Kalman filtering. In the Mod_Ion_FK version two improvements were introduced: the function for ionosphere modeling in the Mod_Ion was modified; and the Kalman filter was implemented. The results of the experiments showed that the modeling function with 19 coefficient Fourier series and the Gauss-Markov process, were the most effective in the ionosphere systematic effect's corrections, providing a improvement in the accuracy of point positioning, of 90,75%, in period of the highest ionosphere activity. / Mestre