Manuale utente PANG-NAV
Introduzione
PANG-NAV è uno strumento sviluppato dal PARthenope Navigation Group (PANG), in grado di elaborare misurazioni GNSS per ottenere soluzioni di posizione. PANG-NAV parte da RINEX (ricevitore INdependent EXchange format) files, analizza i dati GPS e Galileo e implementa SPP (Single Point Positioning). Oltre alla posizione dell'utente, lo strumento è in grado di fornire informazioni sulla visibilità e sulla geometria del satellite.
In PANG-NAV sono incluse le funzionalità RAIM; in particolare, il software è in grado di far fronte a errori / outlier, scartando le misurazioni anomale; nel suo output lo strumento fornisce livelli di protezione orizzontale e verticale e informazioni sull'affidabilità della soluzione.
Nel caso in cui la verità di base sia nota, PANG-NAV può anche calcolare e analizzare gli errori di posizione.
Utilizzo
Lo strumento PANG-NAV è stato sviluppato in ambiente Matlab; per poter utilizzare il software è necessario impostare la cartella “PANG_NAV” come directory corrente come mostrato in figura 1.
Figura 1
Per eseguire PANG-NAV, “Main.m” file dovrebbe essere aperto e il pulsante "Esegui" dovrebbe essere premuto; in alternativa, nella "Finestra dei comandi" deve essere digitato "Principale".
Impostazioni
Prima di eseguire PANG-NAV, è necessario scegliere le impostazioni. A tal fine, “Main.m” file dovrebbe essere aperto e la sezione "impostazioni" aggiornata. In dettaglio, le impostazioni da impostare sono
- Intervallo di dati
- Sistema GNSS
- Ponderazione
- RAIM
- Angolo maschera
- Limite del rapporto segnale / rumore
- Analisi degli errori
- Fonte della soluzione
Per impostare l'intervallo di dati, il valore di tempo in secondi tra epoche consecutive deve essere assegnato alla variabile “dt_data”.
Per scegliere il sistema GNSS da utilizzare, è necessario assegnare un valore "1" o "2" alla variabile "gnss_systems"; con un valore “1” vengono elaborate solo le misure GPS, con “2” vengono elaborate congiuntamente le misure GPS / Galileo. Altre configurazioni GNSS (ad es. Solo Galileo o GPS / Glonass) non sono attualmente supportate.
La soluzione SPP può essere ottenuta pesando equamente tutte le misure (impostando la variabile “mask_angle” uguale a “0”) o in base all'elevazione del satellite (impostando la variabile “mask_angle” uguale a “1”).
Le funzionalità RAIM sono attive se “RAIM_flag” è impostato a “1”, altrimenti è impostato a “0”.
L'angolo della maschera viene impostato assegnando un valore, in gradi, alla variabile “mask_angle”.
Il minimo SNR (rapporto segnale-rumore) viene impostato assegnando un valore, in dB-Hz, alla variabile “SNR_lim”.
Lo strumento PANG-NAV può eseguire un'analisi degli errori della soluzione; per abilitarlo, la variabile “Error_Analysis_flag” dovrebbe essere impostata a “1”. Se "Error_Analysis_flag" è impostato su "0", non viene eseguita alcuna analisi.
Nel caso in cui l'analisi sia abilitata, la verità di base può essere presa dal RINEX file se il ricevitore è statico, impostando la variabile “Static_Solution_fromRINEX” a “1”.
un example della sezione settings nel codice è riportato in figura 2.
Figura 2
Inoltre, è possibile definire anche le impostazioni RAIM. In particolare, "HAL", "VAL", "PMD", "PFA" e "sigma_pr" sono le possibili impostazioni RAIM.
"HAL" e "VAL" sono i limiti di allarme orizzontale e verticale.
"PMD", "PFA" sono la probabilità di mancato rilevamento e falso allarme
"Sigma_pr" è la deviazione standard delle misurazioni dello pseudorange.
Le impostazioni appena citate vengono utilizzate solo nel caso in cui la funzionalità RAIM sia attiva e devono essere impostate in base all'applicazione considerata.
Importazione dei dati
Durante la corsa di PANG-NAV, il RINEX files dovrebbe essere caricato. Nello specifico, appariranno in sequenza tre pop-up, che chiederanno all'utente di selezionare:
- una osservazione RINEX (versione 3.2) file (figura 3),
- una navigazione mista RINEX (versione 3.2) file (figura 4),
- un navigatore GPS RINEX (versione 3.2) file (figura 5).
Osservazione RINEX e navigazione mista files sono utilizzati per l'algoritmo di posizionamento, navigazione GPS RINEX file viene utilizzato solo per recuperare i dati di input per il modello della ionosfera Klobuchar.
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Durante la fase di importazione dei dati, nella Finestra dei Comandi viene visualizzato “caricamento dati” (figura 6).
Figura 6
Nel caso in cui sia necessaria un'analisi degli errori, è necessario caricare una soluzione di verità fondamentale.
La soluzione deve essere in formato Matlab .mat e deve contenere una variabile chiamata "soluzione".
La variabile "soluzione" potrebbe avere il seguente formato:
- Una matrice con 4 colonne, che rappresentano le epoche, la latitudine (in gradi), la longitudine (in gradi) e l'altezza (in metri).
- Una riga con 3 elementi, che rappresentano la latitudine (in gradi), la longitudine (in gradi) e l'altezza (in metri).
Fase di lavorazione
Dopo l'importazione dei dati dal suddetto RINEX files, inizia la fase di elaborazione dell'algoritmo; in questa fase vengono elaborate le misure (nello specifico gli pseudorange) e le effemeridi satellitari per fornire la posizione del ricevitore. Le misurazioni, prima di essere utilizzate nello stimatore dei minimi quadrati, vengono corrette per gli errori atmosferici, dell'orologio satellitare e relativistici.
Nella finestra di comando vengono visualizzate le impostazioni scelte, seguite da "elaborazione ...", come mostrato in figura 7.
Figura 7
Al termine della fase di elaborazione, nella finestra dei comandi compare la frase “elaborazione completata con successo” e le variabili di output si trovano in Workspace (figura 8)
Figura 8
Produzione
Le uscite PANG-NAV sono la posizione del ricevitore e la polarizzazione dell'orologio, la visibilità satellitare e il DOP, la disponibilità della soluzione. Nel caso in cui RAIM sia attivo, vengono forniti in uscita anche il flag di affidabilità RAIM, il numero di misurazioni rifiutate, i livelli di protezione e la disponibilità affidabile. Nel caso in cui sia disponibile una verità di base e sia richiesta l'analisi dell'errore, sono disponibili anche il comportamento dell'errore e le metriche dell'errore.
Le variabili di output sono:
- DOP
- e_H_g (opzionale)
- e_U_g (opzionale)
- epoche
- Error_Table_Pos (opzionale)
- nr_sab
- PL (opzionale)
- RAIM_Results (opzionale)
- Reliable_availability (opzionale)
- Sol_disponibilità
- X
La variabile “DOPs” è una matrice con 2 righe e un numero di colonne pari al numero di epoche (chiamiamo questa variabile n). Nella prima riga vengono memorizzati i valori PDOP, prima dell'applicazione RAIM, mentre nella seconda riga, i valori PDOP dopo l'applicazione RAIM. Ovviamente, se RAIM non è attivo o non vengono eseguiti rifiuti, i valori della prima e della seconda riga sono gli stessi.
La variabile "e_H_g" è una colonna con n elementi, che rappresentano gli errori orizzontali per ogni epoca.
La variabile “e_U_g” è una colonna con n elementi, che rappresentano gli errori verticali per ogni epoca.
La variabile "epochs" è una colonna con n elementi, che rappresentano le epoche GPS espresse in secondi della settimana secondo il formato dell'ora GPS.
La variabile "Error_Table_Pos" è una riga di 6 elementi, che rappresenta le metriche di errore come mostrato nella tabella 1.
Tabella 1
| Errore orizzontale medio | Errore verticale medio | Radice errore quadratico medio orizzontale | Root errore quadratico medio verticale | Errore orizzontale massimo | Massimo erro verticale |
La variabile "nr_sat" è una matrice con 2 righe e n colonne. Nella prima riga vengono memorizzati i numeri dei satelliti disponibili, prima dell'applicazione RAIM, mentre nella seconda riga, i numeri dei satelliti disponibili dopo l'applicazione RAIM. Ovviamente, se RAIM non è attivo o non vengono eseguiti rifiuti, i valori della prima e della seconda riga sono gli stessi.
La variabile "PLs" è una matrice con 2 righe e n colonne. Nella prima riga vengono memorizzati i valori dei livelli di protezione orizzontale per epoca, mentre nella seconda riga i livelli di protezione verticale.
La variabile "RAIM_Results" è una matrice con 2 righe e n colonne. La prima colonna contiene un flag di affidabilità per epoca; i valori della bandiera hanno il seguente significato:
- se il valore del flag è 0, non c'è abbastanza ridondanza per eseguire il test RAIM;
- se il valore del flag è 1, la posizione stimata è affidabile (secondo l'algoritmo RAIM);
- se il valore del flag è 2, la posizione stimata è inaffidabile (secondo l'algoritmo RAIM).
La variabile "Reliable_availability" è uno scalare, che indica la percentuale di tempotage quando la soluzione stimata è ritenuta affidabile da RAIM.
La variabile “Sol_availability” è uno scalare, che indica la percentuale di tempotage quando la soluzione stimata è semplicemente disponibile, ovvero il numero di satelliti disponibili è sufficiente per il posizionamento. La variabile “X” è una matrice con 4 (nel caso solo GPS) o 5 (nel caso GPS/Galileo) righe e n colonne. Le righe 1, 2 e 3 contengono rispettivamente la latitudine stimata (in radianti), la longitudine (in radianti) e l'altezza (in metri) del ricevitore GNSS. La quarta riga contiene la polarizzazione dell'orologio del ricevitore rispetto all'ora del sistema GPS. La quinta riga contiene l'offset intersistema tra i tempi GPS e Galileo.
"E_H_g", "e_U_g" e "Error_Table_Pos" sono disponibili solo se è richiesta l'analisi degli errori (Error_Analysis_flag = 1).
"PLs" e "Reliable_availability" sono disponibili solo se RAIM è attivo (RAIM_flag = 1).
PANG-NAV fornisce anche come output i seguenti grafici:
- Posizione orizzontale (est rispetto a nord)
- Altezza rispetto al tempo
- Visibilità rispetto al tempo
- DOP contro il tempo
- HPL e VPL rispetto al tempo (solo se RAIM è attivo)
- Errori orizzontali e verticali rispetto al tempo (solo se è richiesta l'analisi degli errori)
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