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A probabilistic model for on-line estimation of the GNSS carrier-to-noise ratio

Issa, Hamza und Stienne, Georges und Reboul, Serge und Semmling, Maximilian und Raad, Mohamad und Faour, Ghaleb und Wickert, Jens (2021) A probabilistic model for on-line estimation of the GNSS carrier-to-noise ratio. Signal Processing, 183. Elsevier. doi: 10.1016/j.sigpro.2021.107992. ISSN 0165-1684.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0165168421000311?via%3Dihub

Kurzfassung

This article is dedicated to the estimation of the GNSS signal carrier-to-noise ratio using the in-phase component of the signals as observations. In a GNSS receiver, it is the statistic of the correlation provided by the code tracking loop that is used to estimate the carrier-to-noise ratio. In fact, carrier-to-noise estimation is used to monitor the performance of GNSS receivers and the quality of the received signals. In this article, we aim at high rate carrier-to-noise estimation, namely the code repetition rate (e.g. 1ms for GPS C/A), in order to maximize the time resolution of carrier-to-noise observations. We show that in a 1-bit quantization receiver, the in-phase component of the signal can provide a direct observation of the signal amplitude, and therefore of the carrier-to-noise ratio. However, the model that links the 1ms rate observations of the in-phase component with the signal amplitude is non-linear. The non-linear expression that links the maximum value of the in-phase correlation component to the signal amplitude is derived. In order to estimate the time varying amplitudes of the signals, we propose an Extended Kalman Filter to reverse the non-linear expression with the noisy observations of correlation provided by the tracking loop. The proposed model and filter inversion method are assessed on synthetic and real data, while investigating the effect of the cross-correlation contribution of the visible satellites on the estimations. We show using real data that, for a 1-bit quantization receiver, the proposed estimator can achieve the same accuracy as a widely known commercial GNSS receiver with a much higher data rate. We also show that the proposed approach can cope with abrupt changes in the observations compared to a classical C/N0 estimate.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/185686/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A probabilistic model for on-line estimation of the GNSS carrier-to-noise ratio
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Issa, Hamzahamza.issa.10 (at) gmail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stienne, Georgesgeorges.stienne (at) univ-littoral.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reboul, SergeLaboratoire d’Informatique, Signal et Image de la Côte d’OpaleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Semmling, MaximilianMaximilian.Semmling (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5228-8072NICHT SPEZIFIZIERT
Raad, Mohamadmohamad.raad (at) liu.edu.lbNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Faour, Ghalebgfaour (at) cnrs.edu.lbNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wickert, JensGeoForschungsZentrum Potsdamhttps://orcid.org/0000-0002-7379-5276NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Januar 2021
Erschienen in:Signal Processing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:183
DOI:10.1016/j.sigpro.2021.107992
Verlag:Elsevier
ISSN:0165-1684
Status:veröffentlicht
Stichwörter:GNSS, Amplitude estimation, Non-linear filtering, C/N0 estimation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Ionosphäre
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik
Hinterlegt von: Semmling, Dr. Maximilian
Hinterlegt am:25 Apr 2022 07:37
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:42

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