GNSS interferometric techniques for attitude determination

GNSS attitude determination is one of the derived applications from satellite navigation and has been studied intensively and successfully implemented in the last years. This technology is based on differential range measurements between a network of antennas arranged on a vehicle. The measurements used are the very-precise phase measurements, which implies facing the ambiguity resolution problem, as well as cycle slip and multipath detection. The aim of this thesis is to derive a software application for attitude determination from GPS data. The present documents describes the process followed until the final product: theoretical presentation, mathematical modeling, implementation and validation. The theoretical presentation acknowledges the issues to consider in GNSS attitude determination, with focus on the ambiguity resolution problem, which is analysed with detail. The structure and algorithms of the program are intended to work in a real-time application, although the current implementation works as a post-processing tool. The program contains algorithms for ambiguity resolution, cycle slip and multipath detection, and its performance has been tested in a variety of environments generated with simulated GPS data. The tests carried out in with the simulated data allowed the validation of the programs and the modules as well as the development of comparative analyses on the impact of errors intrinsic to satellite navigation on the case of attitude determination.

La determinazione dell'assetto con GNSS è una delle applicazioni derivate della navigazione satellitare e è stata studiata in forma intensiva e implementata con successo negli ultimi anni. Questa tecnologia è basata su misure differenziali tra un network di antenne distribuite su un veicolo. Le misure utilizzate sono misure di fase molto precise, che implicano affrontare il problema della risoluzione dell'ambiguità e del rilevamento dei fenomeni di multipath e cycle slip. Lo scopo di questa tesi è sviluppare una applicazione software per la determinazione degli angoli di assetto dai dati GPS. Il presente documento descrive il processo seguito fino al prodotto finale: presentazione teorica, modellazione matematica, implementazione e validazione. La presentazione teorica contiene le questioni a considerare nel calcolo di assetto con GNSS, con attenzione sul problema della risoluzione della ambiguità, che è analizzato in dettaglio. La struttura e gli algoritmi del programma sono stati costruiti con la intenzione di essere applicati in tempo reale, sebbene l'attuale implementazione funziona come una post-processing tool. Il programma contiene algoritmi per la risoluzione dell'ambiguità, rilevamento di multipath e cycle slips, e le sue prestazioni sono stati testati in una varietà di condizioni generate con dati simulati. Le prove eseguite con i dati simulati hanno permesso di validare il programma e i moduli nonché lo sviluppo di analisi comparativi tra l'impatto degli errori tipici della navigazione satellitare nel caso del calcolo di assetto.