Texture based satellite visibility detection

Abstract

Kısıtlı uydu görünürlüğü ve uydu sinyallerinin çokyollu yayılması, GNSS (küresel uydu yön bulma sistemleri) pozisyonlama hata oranlarını etkileyen en önemli faktörlerdendir. Pozisyonlama hatalarının azaltılması, özellikle akıllı ulaşım sistemleri (ITS) ve araçlar arası ağlar için oldukça önemlidir. Çeşitli araştırmalarda, şehirlerin 3 boyutlu gösterimlerinin, görüş alanında bulunmayan bu tip sinyallerin tespit edilmesinde, dolayısıyla pozisyonlama hatalarının azaltılmasında yardımcı olabileceği belirtilmiştir. Ancak, araştırmalarda sözü edilen 3 boyutlu modelleme tabanlı algoritmalar, hesaplama karmaşıklı açısından oldukça verimsiz olan ışın izleme yöntemini kullanmaktadır. Bu tez kapsımda, yöntemlerin düşük maliyetli araç içi üniteler ve diğer yön bulma cihazlarında kullanılabilmesine katkı sağlamak amacıyla, Doku Tabanlı Uydu Görünürlüğü Algılama yöntemini sunuyoruz. Bu yöntem bilgisayar grafikleri alanında da kullanılan doku ve görsel tabanlı algoritmaları şehirlere ait yükseklik haritalarına uygulayarak, verilen bir pozisyon için uydu görünürlüklerini hesaplamaktadır. Şehiriçinde gerçekleştirdiğimiz gerçek yol testleri ve deneylerle elde ettiğimiz ölçümler, bu yeni yöntemin, eski ışın izleme yöntemlerine göre hesaplama karmaşıklığını azalttığını ve GNSS pozisyonlama performansını iyileştirdiğini göstermektedir.

Limited satellite visibility, multipath and non-line-of-sight (NLOS) signals greatly reduce Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning accuracy in urban environments. Results of various research have shown that 3D representations of these environments can be helpful for determining NLOS signals and multipath, therefore they can be used to improve positioning accuracy which is invaluable to Intelligent Transportation Systems (ITS) and Vehicular Ad-hoc Network (VANET) applications. State-of-the-art methods use computationally expensive raytracing algorithms on 3D polygon-based maps to determine satellite visibility. In this thesis, we introduce Texture Based Satellite Visibility Detection (TBSVD) method which uses texture-based algorithms to calculate visibility information using height maps of urban structures, contributing to the application of these methods in low-cost receivers and on-board units. Real road tests and measurement campaigns in the business district of the metropolitan city shows that our method, which significantly reduces computational costs and storage requirements compared to raytracing, can be effectively used to improve GNSS positioning accuracy.