Development of algorithms for the GNSS data processingtheir application to the modernized GPS and Galileo scenarios

Resumen

Nowadays, the major GNSS systems are the american GPS and the russian GLONASS, however, in a near future the european project Galileo and the chinesse system COMPASS will become part of the current GNSS scenario. These systems will transmit for the first time three different frequencies, giving place to a multi-system and multi-frequency scenario which will dramatically push the boundaries of the positioning techniques. Currently, one of the most studied positioning techniques is known as Precise Point Positioning (PPP), which is aimed at estimating precise receiver position from undifferenced GNSS code and carrier phase observations and precise satellite products. In this thesis, some new and original algorithms for static PPP have been developed, which are able to deal with the future multi-system and multifrequency GNSS observations. The new algorithms have been named MAP3. In the new approach, the least squares theory is applied twice to estimate the ionospheric delay, initial ambiguities and smoothed pseudodistances from undifferenced observations, which in turn are used to recover the receiver position and its clock offset. MAP3 provides position estimations with an accuracy of 2.5 cm after 2 hours observation and 7 mm in 1 day, being at the same level as other PPP programs and even better results are obtained with MAP3 in short observation periods. Moreover, MAP3 have provided some of the first results in positioning from GIOVE observations and GPC products. In addition, these algorithms have been applied in the analysis of the in?uence of ionospheric disturbances on the point positioning, concluding that the presence of a high ROT (Rate of TEC), observed at equatorial latitudes, reflects a significant degradation of the point positioning from dual-frequency observations. Actualmente, los únicos sistemas globales de navegación por satélites operativos son GPS y GLONASS, sin embargo, en un futuro cercano el proyecto europeo Galileo y el sistema chino COMPASS entrarán a formar parte del actual escenario GNSS. Estos sistemas emplearán por primera vez, tres frecuencias distintas, dando lugar a un escenario multi-frecuencia que revolucionará las técnicas de posicionamiento. Entre las técnicas actuales de posicionamiento con GNSS destaca el Posicionamiento Preciso Puntual (PPP), que consiste en determinar la posición de un receptor a partir de observaciones de código y fase no differenciadas y productos precisos. En este trabajo de tesis se han desarrollado unos nuevos y originales algoritmos para PPP estático, llamados MAP3, capaces de procesar observaciones GNSS multifrecuencia y multi-sistema del futuro escenario GNSS y determinar la posición de un receptor de forma precisa y exacta. Los algoritmos MAP3 se dividen en dos partes en las cuales se ha aplicado la teoría mínimos cuadrados y se han obtenido expresiones explícitas para estimar el retraso ionosférico, ambigüedades de fase inicial y pseudodistancias suavizadas, que se emplean para determinar la posición del receptor y el offset de su reloj. MAP3 proporciona una estimación de la posición con una exactitud de 2.5 cm tras 2 horas de observación y de 7 mm tras 24 h, resultados que mejoran los obtenidos hasta el momento con otros programas para PPP en periodos cortos de tiempo. Además, MAP3 han proporcionado los primeros resultados en el posicionamiento con observaciones GIOVE y productos del GPC. Por otro lado, estos algoritmos se han aplicado al análisis de los efectos de ciertas perturbaciones ionosféricas en el posicionamiento concluyendo que la presencia de un ROT (Rate of TEC) elevado, observado en latitudes ecuatoriales, re?eja una degradación signi?cativa del posicionamiento puntual con observaciones doble frecuencia.