Title Model učinaka troposferskog kašnjenja satelitskog signala na kvalitetu satelitskog određivanja položaja u pomorskoj površinskoj navigaciji
Title (english) Model of GNSS tropospheric delay effects on quality of satellite positioning in maritime surface navigation
Author Ivan Rumora
Mentor Serđo Kos (mentor)
Mentor Renato Filjar (komentor)
Committee member David Brčić (predsjednik povjerenstva)
Committee member Boris Sviličić (član povjerenstva)
Committee member Sanjin Valčić (član povjerenstva)
Committee member Kristijan Lenac (član povjerenstva)
Granter University of Rijeka Faculty of Maritime Studies, Rijeka Rijeka
Defense date and country 2021-01-14, Croatia
Scientific / art field, discipline and subdiscipline TECHNICAL SCIENCES Traffic and Transport Technology
Universal decimal classification (UDC ) 629 - Transport vehicle engineering 656.6 - Transport by water
Abstract Točnost određivanja položaja satelitskim navigacijskim sustavom određena je učincima koji nastaju u prostoru širenja satelitskog signala. Troposfera, kao Zemljinoj površini najbliži sloj atmosfere, izaziva pojavu troposferskog kašnjenja satelitskog signala zbog svojih nehomogenih fizikalnih obilježja. Troposfersko kašnjenje pojavljuje se kao utjecajna veličina u mjerenju pseudoudaljenosti te time određuje točnost određivanja položaja satelitskim sustavom. Opisnom statističkom analizom identificirana su meteorološka obilježja te određena statistička narav doprinosa troposferskih učinaka ukupnoj horizontalnoj pogreški određivanja položaja. Navedeno je iskorišteno u razvoju kandidata modela za procjenu troposferskog doprinosa ukupnoj pogreški satelitskog određivanja položaja. Kandidati modela analizirani su prema definiranim mjerilima uspješnosti. Izabran je i predložen prognostički model zasnovan na metodi linearne regresije kao najuspješniji od razmotrenih kandidata modela. Nadalje, predlaže se novi pristup opisu i prognozi pogreške satelitskog određivanja položaja temeljem poznavanja trenutnog stanja troposfere u neposrednoj okolini satelitskog navigacijskog prijamnika, izraženoj vrijednostima opisnih varijabli: temperature, tlaka zraka i vlažnosti zraka. U radu su analizirani postojeći modeli popravaka pogreške mjerenja pseudoudaljenosti uslijed troposferskog kašnjenja satelitskog signala, uzroka narušavanja točnosti određivanja položaja satelitskim sustavom te razmotreni njihovi nedostaci i ograničenja. Raščlanjen je postupak procjene položaja. Teorijskim razmatranjem u disertaciji je identificirana suštinska razlika između pogreške mjerenja pseudoudaljenosti i pogreške određivanja položaja. Predložen je novi model matematičke transformacije pogreške mjerenja pseudoudaljenosti u pogrešku određivanja položaja. U disertaciji je predložen novi model, zasnovan na nadziranom statističkom učenju, koji izravno povezuje troposfersko kašnjenje satelitskog signala za određivanje položaja sa zahtjevima za točnost određivanja položaja pojedinih osnovnih navigacijskih zadataka u pomorskoj površinskoj navigaciji. Također, predložen je novi model klasifikacije navigacijskih zadataka u pomorskoj površinskoj navigaciji prema zahtjevima o potrebnoj točnosti određivanja položaja. Naposljetku, u disertaciji je predložen model matematičke transformacije troposferskog kašnjenja satelitskog signala za određivanje položaja u pogrešku određivanja položaja satelitskim sustavom uslijed troposferskih učinaka. Navedeni modeli predstavljaju ostvarene znanstvene doprinose disertacije. Predloženi modeli su vrednovani na primjeru dugoročnih eksperimentalnih opažanja. Kritički su razmotrena njihova potencijalna ograničenja u primjeni (točnost, sveobuhvatnost, primjenjivost računalne izvedbe i dr.) čime su izdvojene teme mogućih budućih istraživanja. Naposljetku, rezultati su razmotreni sa stajališta primjena u pomorskoj površinskoj navigaciji, posebno u navigacijskim postupcima za potrebe ratne i trgovačke mornarice.
Abstract (english) Positioning accuracy in a specific area using a satellite navigation system is based on satellite signal propagation. The troposphere, as the atmospheric layer closest to the Earth's surface, causes a tropospheric delay of the satellite signal due to its inhomogeneous physical properties. The tropospheric delay occurs as an influential quantity in measuring pseudoranges, and determines positioning accuracy of the satellite navigation system. Descriptive statistical analysis identified meteorological features and established the statistical nature of tropospheric effects on the total horizontal positioning error. These findings were used to develop candidate models for estimating the tropospheric contribution to total satellite positioning errors. The above candidate models were analyzed based on predetermined performance criteria. A prognostic model obtained using the linear regression method was chosen as the best candidate model. Furthermore, the dissertation proposes a new approach to describing and predicting satellite positioning errors based on the known current state of the troposphere in the immediate vicinity of the satellite navigation receiver, and expressed using descriptive variables: temperature, air pressure and humidity. The dissertation analyzes existing error correction models in measuring pseudoranges based on tropospheric delays of satellite signals, occurring as indirect causes of degradation in positioning accuracy using the satellite navigation system, and discusses associated shortcomings and limitations. The position estimation process is also analyzed in the dissertation. Based on theoretical considerations, the dissertation identifies the essential difference between measurements of pseudo-distance errors and position determination errors, and subsequently proposing a new model for mathematical transformation (transition) of pseudo-distance measurement errors into position determination errors. The dissertation proposes a new model, based on supervised statistical learning, which directly connects the tropospheric delay of a satellite signal in determining position along with the accuracy requirements in determining the position of individual basic navigation tasks in marine surface navigation. Moreover, a new model for classifying navigation tasks in marine surface navigation based on position accuracy requirements is proposed. Finally, the dissertation proposes a model for the mathematical transformation of the tropospheric delay of a satellite positioning signal into a satellite-based positioning error caused by tropospheric effects. These models are the scientific contributions of the dissertation. The proposed models were evaluated using the example of long-term experimental observations. Their potential limitations in application (accuracy, comprehensiveness, applicability of computer performance, etc.) were considered in a critical manner, thus highlighting potential topics for future research. Finally, the results have been considered in terms of various applications in maritime surface navigation, especially in navigation procedures for the requirements of the navy.
Keywords
satelitska navigacija
troposferski učinci
određivanje položaja
pogreška određivanja položaja
troposferski doprinos ukupnoj pogreški određivanja položaja
klasifikacija primjena satelitske navigacije
pomorska površinska navigacija
statističko učenje
prognostički model
Keywords (english)
satellite navigation
tropospheric effects
positioning
positioning error
tropospheric contribution to the total positioning error
classification of satellite navigation applications
marine surface navigation
statistical learning
prognostic model
Language croatian
URN:NBN urn:nbn:hr:187:562399
Promotion 2021
Study programme Title: Postgraduate (doctoral) university study programme - Maritime Studies Study programme type: university Study level: postgraduate Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje tehnologija prometa i transport (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje tehnologija prometa i transport)
Type of resource Text
Extent 148 str., ilustr. u bojama ; 30 cm
File origin Born digital
Access conditions Open access
Terms of use
Created on 2021-02-01 11:27:22