Developing Regional Precise Positioning Services Using the Legacy and Future GNSS Receiver

7/23/2019 Developing Regional Precise Positioning Services Using the Legacy and Future GNSS Receiver

1/8

Developing Regional Precise Positioning Services

Using the Legacy and Future GNSS Receiver

(Mengembangan Layanan Precise Positioning

Daerah Menggunaan Legacy dan Masa Depan

GNSS Receiver!

Abstrak

Makalah ini menyajikan gambaran solusi teknis untuk daerah regional yang tepat

untuk layanan posisi GNSS seperti di Queensland. Penelitian ini berfokus pada isu-

isu teknis dan bisnis yang saat ini membatasi layanan posisi GPS berbasis area lokalReal ime !inematik "R!# yang tepat sehingga dapat beroperasi di masa depan di

seluruh $ilayah regional yang lebih besar% dan karena itu mendukung juga dibidang

pertanian% pertambangan% utilitas% sur&ei% konstruksi% dan lain-lain. Makalah ini

pertama menguraikan kerangka kerja teknis keseluruhan yang telah diusulkan

untuk transisi layanan R! saat ini menjadi 'akupan skala yang lebih besar di masa

depan. !erangka kerja ini memungkinkan penggunaan 'ampuran berbagai jenis

referensi GNSS re'ei&er% dual atau triple-frekuensi% sistem tunggal atau ganda%

untuk menyediakan layanan koreksi R! kepada pengguna yang dilengkapi dengan

jenis re'ei&er GNSS. Selanjutnya% algoritma pengolahan data yang sesuai untuk

sinyal GNSS triple-frekuensi terakhir dan beberapa manfaat kinerja utama

menggunakan sinyal tiga operator untuk posisi R! jarak jauh. Sebuah platform

perangkat lunak berbasis ser&er R! sedang dikembangkan untuk memungkinkan

perhitungan posisi pengguna pada node ser&er bukan pada perangkat pengguna.

Sebuah skema penyebaran optimal untuk stasiun referensi di jaringan skala besar

telah disarankan% mengingat pembatasan seperti jarak antar stasiun% 'alon lokasi

referensi% dan mode operasional. Misalnya% jarak antar stasiun antara penerima

triple-frekuensi dapat diperpanjang ()* km% yang menggandakan jarak antara

penerima dual-frekuensi dalam desain jaringan R! yang ada.

Pendahuluan

+i Australia% Global Na&igation Satellite Systems "GNSS# berbasis layanan posisi

yang tepat telah dikembangkan. Misalnya% solusi berbasis GNSS yang digunakan

dalam pertanian untuk sistem bimbingan traktor otomatis dan pemetaan topogra,

telah meningkatkan produkti&itas pertanian sekitar *. eknologi dasar dikenal

sebagai posisi R!. eknik R! tradisional telah digunakan untuk sistem single-base

R! yang biasanya men'akup operasi bisnis / pertanian indi&idu. !elemahan dari

pendekatan ini adalah proliferasi lo'al-area situs solusi tunggal% misalnya lebih dari

(*** pertanian diperkirakan telah membeli stasiun referensi GNSS dan solusi radio

s$asta sejak tahun 0**0 total pengeluaran telah diperkirakan sekitar 1 0*M.


2/8

2anyak dari sistem pribadi yang tumpang tindih satu sama lain dan tidak

memberikan akses kepada pengguna ponsel bekerja di dekatnya.

!eterbatasan utama operator dual frekuensi sistem penentuan posisi R! adalah

bah$a jarak antara layanan referensi atau base station dan pengguna atau ro&er

penerima harus dalam beberapa kilometer karena ambiguity resolution "AR#

menjadi semakin sulit dengan meningkatnya jarak antar re'ei&er "Ri3os 4 5an%0**#. 6enomena ini terutama disebabkan oleh efek dari bias% seperti kesalahan

orbital% dan pengaruh ionosfer dan troposfer dalam pengukuran double-di7eren'ed

"++#. +alam implementasi jaringan R! saat ini% misalnya% teknik stasiun referensi

&irtual "8hen et al% 0**(9 :hang 4 ;a'hapelle% 0**(#% jarak antar stasiun dapat

diperpanjang sebanyak leh karena itu% R! berbasis jaringan

telah menghasilkan pengurangan biaya in&estasi yang diperlukan untuk memulai

layanan posisi R!% karena jumlah stasiun referensi dapat dikurangi dengan

setidaknya sampai ? kali. Misalnya% sekitar (* stasiun referensi yang diperlukan

untuk menutup sebuah kota menengah dengan luas sekitar (*.*** kilometer

persegi menggunakan 0*km basa tunggal sistem R! khas% sedangkan penyebaran

sistem @RS dengan sampai ? stasiun referensi dapat memberikan layanan di$ilayah usia penutup yang sama. Namun% jaringan tersebut biasanya tersedia di

perkotaan / daerah pinggiran kota dengan kepadatan penduduk yang tinggi dan

internet yang baik dan infrastruktur komunikasi mobile. ;ayanan SunP>: real-time

GPS% misalnya% saat ini terbatas ke $ilayah tenggara Queensland% dengan lima

stasiun jaringan SunP>: seluas ((.*** kilometer persegi "8islo$ski 4 5iggins%

0**#. Namun demikian% jika 'akupan jaringan SunP>: diperpanjang hanya untuk

menutupi daerah yang dihuni dari Queensland pada kepadatan ini% jumlah stasiun

referensi yang akan diperlukan akan menjadi 0** atau lebih% biaya lebih dari

sepuluh juta dolar dalam belanja modal % dan penambahan biaya operasi. 2iaya

infrastruktur ini 'ukup besar dibandingkan dengan negara bagian @i'toria dan Ne$

South Bales "NSB#% di mana jaringan kepadatan tinggi stasiun referensi GPS dapatdigunakan dalam $aktu yang relati&e dengan biaya efektif.

Makalah ini menyajikan gambaran solusi teknis untuk daerah daerah layanan posisi

yang tepat seperti di Queensland. 2agian 0 akan menjelaskan kerangka kerja teknis

keseluruhan yang telah diusulkan untuk transisi layanan R! saat ini untuk masa

depan layanan skala yang lebih besar. 2agian menguraikan algoritma pemrosesan

data yang sesuai untuk sinyal GNSS triple-frekuensi yang telah menunjukkan

beberapa manfaat kinerja utama untuk R! posisi diandalkan jarak jauh. 2agian ?

menjelaskan sebuah platform perangkat lunak R! berbasis ser&er yang akan

memungkinkan untuk perhitungan posisi pengguna pada node ser&er bukan pada

perangkat pengguna. 2agian ) memperkenalkan sebuah perangkat lunak yang

dikembangkan untuk penempatan optimal dari stasiun referensi dalam jaringan%mengingat kendala seperti jarak antar stasiun% 'alon lokasi referensi% dan mode

operasional. 2agian adalah ringkasan dari temuan penelitian kertas.

"n #verall $echnical Frame%or &or Regional R$' Services

Sebuah 'eranga $enis 'eseluruhan untu Layanan R$' Regional


3/8

Ne$ Global and Regional Na&igation Satellite Systems "GNSS / RNSs# dari Amerika

Serikat "moderni3ed GPS#% Cropa "Galileo#% Rusia "moderni3ed Glonass#% 8ina

"8ompass#% Depang "Q:SS# dan Endia "ERNSS# akan semakin menjadi lebih

operasional lima tahun ke depan. Sistem ini semua akan beroperasi dengan tiga

atau lebih frekuensi% dan se'ara signi,kan akan meningkatkan jumlah satelit yang

terlihat yang dapat dila'ak "khususnya di lingkungan terhalang#% kemampuan

mitigasi kesalahan yang lebih baik% penentuan posisi tepat lebih 'epat% dan

ambiguity resolution "AR# dengan jarak yang lebih jauh antar re'ei&er%

meningkatkan integritas positioning.

Namun% salah satu satelit GPS yang ada di atas berumur selama () tahun di ruang

angkasa akan terus mengirimkan sinyal pada frekuensi ;( dan ;0 saja% sedangkan

satelit na&igasi generasi baru GNSS yang berbeda / RNSs dapat meman'arkankan

tiga sinyal frekuensi atau lebih% seperti GPS EER-M satelit dan 8ompass G0-satelit

dilun'urkan pada bulan April 0**=. >leh karena itu% di masa mendatang% baik dual-

frekuensi dan penerima triple-frekuensi akan digunakan dalam satu jaringan

referensi dan oleh pengguna ro&er yang berbeda. +engan kata lain% kita harus

menghadapi situasi seperti stasiun referensi dual-frekuensi $arisan digunakanuntuk menyediakan layanan koreksi diferensial ke pengguna triple-frekuensi baru%

atau stasiun referensi triple-frekuensi baru akan perlu untuk memberikan layanan

kepada $arisan dual pengguna frekuensi. Situasi yang lebih umum adalah

penggunaan 'ampuran dual-frekuensi dan triple-frekuensi pengukuran% dari satelit

yang berbeda rasi bintang% di sistem pengolahan tingkat jaringan dan untuk sistem

pengguna akhir.

Daringan 'ontinuously operating referen'e station "8>RS# yang beroperasi di negara

bagian yang berbeda dari Australia% pada a$al tahun 0**< Pemerintah Australia

mengumumkan pendanaan untuk jaringan AuS'ope GNSS seperti yang ditunjukkan

pada Gambar ( di ba$ah Strategi Enfrastruktur !olaborasi Riset Nasional "N8RES#.

AuS'ope diran'ang terutama untuk aplikasi geosains% namun jaringan ini jelas

dapat memberikan manfaat yang hilir tambahan seperti menambah layanan posisi

kinematik real-time yang disediakan oleh pemerintah negara bagian atau jaringan

8>RS pribadi.

Proyek 8R8SE memiliki sebagai salah satu tujuan untuk mengembangkan mendasari

strategi untuk menggabungkan stasiun AuS'ope sebagai jaringan referensi

Fba'kboneF dan untuk mengintegrasikan AuS'ope 8>RS dengan jaringan seperti

Queensland SunP>:% NSB 8>RSnet% dan @i'toria GPSnet% serta dengan s$asta 2S

GPS. 2erkat Daringan ransportasi R8M melalui Enternet Proto'ol "NREP# teknologi%

jaringan semua ser&er atau stasiun% dan mengumpulkan real-time data stream

GNSS di ser&er pusat tidak lagi se'ara teknis menantang.ujuan keseluruhan dari penelitian ini adalah untuk menentukan masalah teknis

yang penting yang perlu ditangani dalam rangka memberikan peningkatan layanan

posisi regional yang tepat di daerah pedesaan% termasuk

H untuk menggabungkan sistem generasi GNSS masa depan dan beberapa sinyal

frekuensi ke GNSS layanan posisi regional yang tepat di Australia.


4/8

H memanfaatkan aliran data real time dari jaringan yang berbeda referensi atau

stasiun untuk meningkatkan pelayanan posisi yang ada% dan memperluas layanan

ini di seluruh $ilayah geogra,s yang lebih luas.

H optimal menyebarkan stasiun ganda dan referensi triple-frekuensi dalam jaringan

referensi yang sama agar dapat memberikan layanan posisi di biaya yang paling

efektif.

H untuk melayani pengguna R! berbeda dilengkapi dengan re'ei&er GNSS dari

berbagai jenis single% dual dan triple-frekuensi.

Solusi untuk masing-masing masalah di atas dijelaskan dalam bagian berikutnya.

Seperti diilustrasikan dalam Gambar 0% kerangka teknis keseluruhan untuk layanan

posisi skala regional beroperasi melalui empat komponen utama jaringan referensi%

Platform pengolahan data jaringan R!% komputer ser&er / operator selular dan

terminal pengguna R!. 6ungsi masing-masing komponen meliputi

H Daringan 8>RS terdiri dari puluhan stasiun referensi Fba'kboneF dilengkapi denganre'ei&er GNSS maju% bersama-sama dengan banyak stasiun referensi yang

dilengkapi dengan penerima $arisan. Semua stasiun diasumsikan dapat

memberikan aliran data real time ke jaringan regional Platform R! pengolahan

data.

H Daringan R! akan memproses aliran data real time dari semua stasiun 8>RS yang

berpartisipasi% menyelesaikan ambiguitas integer untuk semua baseline dan

menghasilkan :enith roposfer +elay ":+# solusi untuk setiap stasiun se'ara real

time% dan membuat koreksi ionosfer grid yang tepat menggunakan double-

di7eren'e phase.

H fungsi 'omputer Ser&er dalam dua 'ara yang berbeda. 5al ini dapat memainkanperan penyedia layanan untuk mendistribusikan data koreksi jaringan untuk ro&er

pengguna% kemudian sampai kepada pengguna untuk menghitung posisi sendiri.

Alternatif lain adalah bah$a komputer ser&er menggunakan koreksi jaringan

jaringan dan aliran data real time dari pengguna untuk menghitung solusi posisi

pengguna dan mengirim mereka kembali ke apa yang disebut Ire&erse R! "RR!#I

mode positioning suatu pengguna.

H terminal pengguna R! dapat mengirimkan data mereka ke ser&er komputer dan

mendapatkan solusi posisi real time kembali% atau menerima koreksi jaringan dari

penyedia layanan dan menghitung posisi mereka sendiri.

!emajuan utama dari kerangka regional R! di atas sehubungan dengan sistemjaringan R! ada dua% yaitu "(# platform pengolahan data jaringan R! dapat

menyelesaikan ambiguitas bilangan bulat jarak antar stasiun ratusan kilometer.

Platform tersebut dapat memproses semua jenis data GNSS pengukuran dual atau

triple-frekuensi% satu atau lebih sistem9 "0# setiap ser&er komputer dapat

menghubungkan antara ser&er pusat pengolahan jaringan dan berbagai kelompok

pengguna R!% untuk menghasilkan posisi pengguna se'ara real time. !onsep ini

digambarkan sebagai R! berbasis ser&er ";im 4 Ri3os% 0**J#.


5/8

+i negara dengan luas $ilayah seperti Australia atau 8hina% terdapat banyak

stasiun referensi dan jaringan yang dioperasikan se'ara terkoordinasi oleh pemilik

s$asta dan publik yang berbeda. Alih-alih mengganti semua sistem dan layanan

terisolasi% kerangka yang diusulkan membuat menggunakan data stream dari

semua stasiun yang berpartisipasi% sekarang dan masa depan% untuk meningkatkan

layanan posisi yang tepat di daerah geogra,s yang lebih luas.

ene&its o& Future GNSS Systems #n the Regional R$' Services

Man&aat Future GNSS Sistem Pada Layanan R$' Regional

6uture Global Na&igation Satellite Systems "GNSS#% seperti KSA modern GlobalPositioning System "GPS#% Glonass Rusia% sistem Galileo Kni Cropa% Sistem Satelit

Depang Quasi-:enith "Q:SS# dan sistem 8ompass 8hina% semua akan beroperasidengan tiga atau lebih frekuensi% seperti yang ditunjukkan pada Gambar "dari5ein et al% 0**


6/8

yang kemudian dapat diberikan kepada setiap penerima R!% pengguna dapatmenerima baik dual-frekuensi atau pengukuran triple-frekuensi "atau kombinasikeduanya#.

Prosesor berbasis jaringan R! dapat memilih untuk beroperasi se'ara independendari komponen pemrosesan latar belakang% sedangkan ser&er berbasis R! juga

dapat memilih untuk beroperasi tanpa masukan dari prosesor berbasis jaringan R!.

Selain itu% beberapa masalah teknis lainnya terkait penggunaan 'ampuran jenispenerima dalam jaringan referensi yang sama% seperti satelit dan re'ei&er fase biasmempengaruhi pengukuran ++% penggunaan stasiun referensi indi&idu danintegritas pesan koreksi juga telah dipertimbangkan dalam desain platformperangkat lunak untuk memberikan layanan yang handal kepada pengguna.

Deployment of Dual- and Triple-Frequency GNSS Reference Stations

Penyebaran Dual dan $riple*Freuensi Stasiun Re&erensi GNSS

Analisis di atas menunjukkan bah$a AR dengan tiga ooperator pengamatan dapatdiandalkan tanpa kendala jarak dalam pengolahan tingkat jaringan% yang diikutidengan estimasi bias ionosfer dan troposfer dalam fase ++ pengukuran untukmembentuk koreksi jaringan. Namun% dalam rangka menentukan untuk apa jarakantar stasiun dapat diperpanjang% ketelitian harus diambil dari efek residualkesalahan ionosfer dan troposfer pada terminal ro&er pengguna di mana saja dalam

jangkauan jaringan. +alam pengoperasian sistem jaringan R!% orbit GPS justrudiprediksi% seperti orbit ultra-'epat% tersedia se'ara real time untuk menggantikanephemerides siaran GPS% dan efek dari kesalahan orbit tidak lagi menjadi perhatian"!im 4 ;angley% 0**


7/8

+alam skenario desain stasiun masa depan perlu mempertimbangkan situasi dimana kedua dual-frekuensi dan penerima triple-frekuensi yang digunakan bersama-sama dalam jangka panjang. Salah satu strategi sederhana adalah menggandakan

jarak antar stasiun ketika penerima triple-frekuensi yang digunakan berhubungandengan jarak antar stasiun saat penerima dual-frekuensi yang digunakan. +alam

skema penyebaran ini% dual-frekuensi stasiun penerima terletak di antara stasiuntriple-frekuensi dianggap sebagai densi,kasi% atau stasiun sementara. Sebuahstrategi penyebaran mirip dengan desain sel dari jaringan selular% di mana pola segienam untuk stasiun berjarak sama% yang berada di pusat masing-masing daerah'akupan "6eng dan ;i% 0**Ja#. Kntuk jarak antar penerima 0d (?*km% jarak basispengguna maksimal hanya akan (.())d J(km untuk jaringan triple-frekuensi. 2ila

jarak antar penerima meningkat menjadi sekitar 0d (J*km% jarak basis penggunamaksimum adalah sekitar (*km. Darak basis pengguna maksimum ini dapatmembatasi de&iasi standar dari :+ sisa diinterpolasi ke le&el (*mm atau lebih.Menggandakan jarak antar penerima mengarah ke pengurangan jumlah stasiundengan faktor ?. Akibatnya% jumlah stasiun triple-frekuensi yang diperlukan untukmenutupi bagian yang dihuni dari Queensland akan dikurangi menjadi sekitar )*

stasiun% yang jauh lebih terjangkau.

+alam skenario penyebaran stasiun referensi yang sebenarnya% namun% hal inidiinginkan untuk lokasi stasiun optimal pilih dari 'alon lokasi pada area spesi,kuntuk memenuhi kriteria yang diberikan untuk jaringan% seperti jarak antar stasiun.

ang et al "0**


8/8

Makalah ini telah memberikan gambaran dari beberapa solusi teknis untuk layananposisi regional yang tepat. !erangka teknis se'ara keseluruhan telah diusulkansehingga transisi layanan R! saat ini untuk mendukung 'akupan skala yang lebihbesar di masa depan di area seperti Queensland atau untuk seluruh Australia.!erangka kerja ini memungkinkan penggunaan 'ampuran berbagai jenis referensiGNSS re'ei&er% dual atau triple-frekuensi% sistem tunggal atau ganda% dalam rangka

memberikan layanan koreksi R! kepada pengguna yang dilengkapi dengan jenisre'ei&er GNSS. Model pengolahan data dan algoritma yang sesuai untuk sinyalGNSS triple-frekuensi telah digariskan% dengan peningkatan kinerja utamamenggunakan sinyal tiga operator yang handal tanpa AR kendala jarak. he enablerinti untuk layanan posisi yang tepat daerah adalah jaringan-R! platform perangkatlunak pengolahan data regional% yang diran'ang untuk menghasilkan peningkatan

jaringan troposfer dan koreksi ionosfer jaringan untuk mendukung layanan posisisentimeter tingkat. !omponen perangkat lunak R! berbasis ser&er sedangdikembangkan untuk memungkinkan perhitungan posisi pengguna pada nodeser&er bukan pada perangkat pengguna. Platform ini dapat mendukungpelaksanaan pelayanan R! untuk berbagai kebutuhan pengguna. elahdiidenti,kasi bah$a faktor pembatas utama untuk implementasi jaringan R! sakal

regional akan menjadi ketergantungan jara dari kesalahan troposfer dalampengukuran fase ++. Sebuah skema penyebaran stasiun referensi dengan dua kalilipat dari jarak antar stasiun telah diusulkan berdasarkan pada kapasitas 8AR

jangka panjang dan prediktabilitas dari kesalahan troposfer di beberapa ratuskilometer.

Namun% ada masalah teknis yang belum terpe'ahkan mengenai penggunaanbeberapa rasi bintang% sinyal multi frekuensi dan penggunaan 'ampuran jenispenerima yang berbeda. 8ontohnya termasuk masalah interoperabilitas antarasistem satelit% keandalan satelit lama% integritas pesan koreksi% sinkronisasi $aktuantara sistem dan stasiun% efek dari bias antar frekuensi dan bias pengukuran-re'ei&er terkait lainnya. Masalah-masalah ini dapat diatasi di sistem pengolahan

berbasis jaringan atau terminal pengguna sebagai studi masa depan.

Developing Regional Precise Positioning Services Using the Legacy and Future GNSS Receiver

Documents

Transcript of Developing Regional Precise Positioning Services Using the Legacy and Future GNSS Receiver