Instrukcja obsługi PANG-NAV
Wstęp
PANG-NAV to narzędzie opracowane przez Grupę Nawigacyjną PARthenope (PANG), zdolne do przetwarzania pomiarów GNSS w celu uzyskania rozwiązania pozycyjnego. PANG-NAV zaczyna się od RINEX (format wymiany niezależnej od odbiornika) files, analizuje dane GPS i Galileo oraz wdraża SPP (Single Point Positioning). Oprócz pozycji użytkownika narzędzie jest w stanie dostarczyć informacji o widoczności i geometrii satelity.
W PANG-NAV zawarte są funkcjonalności RAIM; w szczególności oprogramowanie jest w stanie poradzić sobie z błędami/odstającymi wartościami, odrzucając nieprawidłowe pomiary; w swoich wynikach narzędzie podaje poziome i pionowe poziomy ochrony oraz informację o niezawodności rozwiązania.
Jeżeli znany jest teren, PANG-NAV może również obliczyć i przeanalizować błędy pozycji.
Stosowanie
Narzędzie PANG-NAV zostało opracowane w środowisku Matlab; w celu korzystania z programu należy ustawić folder „PANG_NAV” jako katalog bieżący, jak pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1
Aby uruchomić PANG-NAV, „Main.m” file należy otworzyć i wcisnąć przycisk „Uruchom”; alternatywnie w „Oknie poleceń” należy wpisać „Główne”.
Ustawienia
Przed uruchomieniem PANG-NAV należy wybrać ustawienia. W tym celu „Main.m” file należy otworzyć i zaktualizować sekcję „ustawienia”. Bardziej szczegółowo, ustawienia do skonfigurowania to
- Interwał danych
- systemu GNSS
- Ważenie
- RAIM
- Kąt maski
- Limit stosunku sygnału do szumu
- Analiza błędów
- Źródło rozwiązania
Aby ustawić interwał danych, do zmiennej „dt_data” należy przypisać wartość czasu w sekundach pomiędzy kolejnymi epokami.
Aby wybrać używany system GNSS, należy przypisać wartość „1” lub „2” do zmiennej „gnss_systems”; przy wartości „1” przetwarzane są tylko pomiary GPS, przy „2” przetwarzane są łącznie pomiary GPS/Galileo. Inne konfiguracje GNSS (np. tylko Galileo lub GPS/Glonass) nie są obecnie obsługiwane.
Rozwiązanie SPP można otrzymać ważąc jednakowo wszystkie pomiary (ustawiając zmienną „mask_angle” na „0”) lub według elewacji satelity (ustawiając zmienną „mask_angle” na „1”).
Funkcje RAIM są aktywne, jeśli „RAIM_flag” jest ustawione na „1”, w przeciwnym razie jest ustawione na „0”.
Kąt maski ustawia się przypisując wartość w stopniach zmiennej „mask_angle”.
Minimalny współczynnik SNR (stosunek sygnału do szumu) jest ustawiany poprzez przypisanie wartości w dB-Hz do zmiennej „SNR_lim”.
Narzędzie PANG-NAV może przeprowadzić analizę błędów rozwiązania; aby to włączyć należy zmienną „Error_Analyticsflag” ustawić na „1”. Jeżeli „Error_Analytic_flag” jest ustawione na „0”, analiza nie jest przeprowadzana.
Jeżeli analiza jest włączona, podstawową prawdę można odczytać z RINEX file jeśli odbiornik jest statyczny, ustawienie zmiennej „Static_Solution_fromRINEX” na „1”.
ByłyampPlik sekcji ustawień w kodzie przedstawiono na rysunku 2.
Rysunek 2
Co więcej, można również zdefiniować ustawienia RAIM. W szczególności „HAL”, „VAL”, „PMD”, „PFA” i „sigma_pr” są możliwymi ustawieniami RAIM.
„HAL” i „VAL” to poziome i pionowe granice alarmowe.
„PMD”, „PFA” oznaczają prawdopodobieństwo pominięcia wykrycia i fałszywego alarmu
„sigma_pr” to odchylenie standardowe pomiarów pseudoodległości.
Wymienione ustawienia stosuje się tylko w przypadku, gdy funkcjonalność RAIM jest aktywna i należy je ustawić odpowiednio do rozpatrywanej aplikacji.
Importowanie danych
Podczas działania PANG-NAV, RINEX files powinien zostać załadowany. W szczególności pojawią się kolejno trzy wyskakujące okienka z prośbą o wybranie przez użytkownika:
- jedna obserwacja RINEX (wersja 3.2) file (rysunek 3),
- jedna nawigacja mieszana RINEX (wersja 3.2) file (rysunek 4),
- jedna nawigacja GPS RINEX (wersja 3.2) file (rysunek 5).
Obserwacja RINEX i nawigacja mieszana files służą do algorytmu pozycjonowania, nawigacji GPS RINEX file służy wyłącznie do pobierania danych wejściowych dla modelu jonosfery Klobuchara.
Rysunek 3
Rysunek 4
Rysunek 5
Podczas fazy importowania danych w Oknie Poleceń wyświetlany jest komunikat „ładowanie danych” (rysunek 6).
Rysunek 6
Jeżeli wymagana jest analiza błędów, należy wczytać rozwiązanie oparte na faktach.
Rozwiązanie musi być w formacie Matlab .mat i powinno zawierać zmienną o nazwie „rozwiązanie”.
Zmienna „rozwiązanie” może mieć następujący format:
- Macierz z 4 kolumnami reprezentującymi epoki, szerokość geograficzną (w stopniach), długość geograficzną (w stopniach) i wysokość (w metrach).
- Wiersz składający się z 3 elementów reprezentujących szerokość geograficzną (w stopniach), długość geograficzną (w stopniach) i wysokość (w metrach).
Faza przetwarzania
Po zaimportowaniu danych z ww. RINEX files rozpoczyna się faza przetwarzania algorytmu; w tej fazie pomiary (w szczególności pseudoodległości) i efemerydy satelitów są przetwarzane w celu określenia pozycji odbiornika. Pomiary przed wykorzystaniem w estymatorze najmniejszych kwadratów są korygowane pod kątem błędów atmosferycznych, zegara satelitarnego i relatywistycznych.
W oknie poleceń wyświetlane są wybrane ustawienia, a następnie „przetwarzanie…”, jak pokazano na rysunku 7.
Rysunek 7
Pod koniec fazy przetwarzania w oknie poleceń pojawia się zdanie „przetwarzanie zakończone pomyślnie”, a zmienne wyjściowe znajdują się w obszarze roboczym (rysunek 8)
Rysunek 8
Wyjście
Wyjścia PANG-NAV informują o pozycji odbiornika i odchyleniu zegara, widzialności satelitarnej i DOP oraz dostępności rozwiązania. Jeżeli RAIM jest aktywny, na wyjściu wyświetlana jest także flaga niezawodności RAIM, liczba odrzuconych pomiarów, poziomy ochrony i niezawodna dostępność. Jeżeli dostępna jest podstawowa prawda i wymagana jest analiza błędów, dostępne są również zachowania przy błędach i metryki błędów.
Zmienne wyjściowe to:
- DOPy
- e_H_g (opcjonalnie)
- e_U_g (opcjonalnie)
- epoki
- Error_Table_Pos (opcjonalnie)
- nr_sat
- PL (opcjonalnie)
- RAIM_Results (opcjonalnie)
- Niezawodna_dostępność (opcjonalnie)
- Sol_dostępność
- X
Zmienna „DOPs” jest macierzą z 2 wierszami i liczbą kolumn równą liczbie epok (nazwijmy tę zmienną n). W pierwszym wierszu zapisane są wartości PDOP przed aplikacją RAIM, natomiast w drugim wierszu wartości PDOP po zastosowaniu RAIM. Oczywiście, jeśli RAIM nie jest aktywny lub nie są wykonywane żadne odrzucenia, wartości pierwszego i drugiego wiersza są takie same.
Zmienna „e_H_g” to kolumna zawierająca n elementów reprezentujących błędy poziome dla każdej epoki.
Zmienna „e_U_g” to kolumna zawierająca n elementów reprezentujących błędy pionowe dla każdej epoki.
Zmienna „epoki” to kolumna zawierająca n elementów, reprezentująca epoki GPS wyrażone w sekundach tygodnia zgodnie z formatem czasu GPS.
Zmienna „Error_Table_Pos” to wiersz składający się z 6 elementów reprezentujących metryki błędów, jak pokazano w tabeli 1.
Tabela 1
| Średni błąd poziomy | Średni błąd pionowy | Średni kwadratowy błąd poziomy | Pierwiastek średniokwadratowy błędu pionowego | Maksymalny błąd poziomy | Maksymalny błąd pionowy |
Zmienna „nr_sat” jest macierzą z 2 wierszami i n kolumnami. W pierwszym wierszu zapisane są numery dostępnych satelitów przed aplikacją RAIM, natomiast w drugim wierszu numery dostępnych satelitów po zastosowaniu RAIM. Oczywiście, jeśli RAIM nie jest aktywny lub nie są wykonywane żadne odrzucenia, wartości pierwszego i drugiego wiersza są takie same.
Zmienna „PLs” jest macierzą z 2 wierszami i n kolumnami. W pierwszym wierszu zapisane są wartości poziomych stopni ochrony w poszczególnych epokach, natomiast w drugim wierszu pionowe poziomy ochrony.
Zmienna „RAIM_Results” jest macierzą z 2 wierszami i n kolumnami. Pierwsza kolumna zawiera flagę niezawodności według epoki; wartości flagi mają następujące znaczenie:
- jeśli wartość flagi wynosi 0, nadmiarowość nie jest wystarczająca do wykonania testu RAIM;
- jeżeli wartość flagi wynosi 1, oszacowana pozycja jest wiarygodna (zgodnie z algorytmem RAIM);
- jeżeli wartość flagi wynosi 2, szacowana pozycja jest niewiarygodna (zgodnie z algorytmem RAIM).
Zmienna „niezawodna_dostępność” jest skalarem wskazującym procent czasutage gdy oszacowane rozwiązanie zostanie uznane przez RAIM za wiarygodne.
Zmienna „Sol_availability” jest skalarem wskazującym procent czasutage gdy szacunkowe rozwiązanie jest po prostu dostępne, tj. liczba dostępnych satelitów jest wystarczająca do pozycjonowania. Zmienna „X” to macierz z 4 (tylko w przypadku GPS) lub 5 (w przypadku GPS/Galileo) wierszami i n kolumnami. Wiersze 1, 2 i 3 zawierają odpowiednio szacunkową szerokość geograficzną (w radianach), długość geograficzną (w radianach) i wysokość (w metrach) odbiornika GNSS. Czwarty wiersz zawiera odchylenie zegara odbiornika w stosunku do czasu systemu GPS. Piąty wiersz zawiera przesunięcie międzysystemowe pomiędzy czasami GPS i Galileo.
„e_H_g”, „e_U_g” i „Error_Table_Pos” są dostępne tylko wtedy, gdy wymagana jest analiza błędów (Error_Analytic_flag=1).
„PLs” i „Reliable_availability” są dostępne tylko wtedy, gdy RAIM jest aktywny (RAIM_flag=1).
PANG-NAV udostępnia także następujące wykresy:
- Pozycja pozioma (wschód i północ)
- Wysokość w funkcji czasu
- Widoczność kontra czas
- DOP kontra czas
- HPL i VPL w funkcji czasu (tylko w przypadku aktywnego RAIM)
- Błędy poziome i pionowe w funkcji czasu (tylko jeśli wymagana jest analiza błędów)
Instrukcja obsługi PANG-NAV – Pobierz [zoptymalizowane]
Instrukcja obsługi PANG-NAV – Pobierać
