For those of us who can remember route surveying with Loran c and SatNav, the introduction of

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For those of us who can remember route surveying 

with  Loran  C  and  SatNav,  the  introduction  of 

GPS  and  Differential  GPS  was  a  dream  come 

true. Gone were the vagaries and uncertainties; in 

came reliable accuracy and precision transforming 

vessel positioning from an art form to a science. 

Since  those  heady  days,  DGPS  has  become 

a  by-word  for  navigation  –  the  norm,  not  the 

exception. Accuracy improvements accompanied 

by cost reductions were all very welcomed by the 

industry. But technology moves on and the days 

of the DGPS are passing, replaced by Globally 

Corrected GNSS (GcGPS) thanks to advances in 

Precise Point Positioning.

The accuracy and precision of traditional DGPS 

depended on estimating the errors observed by a 

network of reference stations. As the network’s 

spatial  configuration  opened  and  the  distances 

from  reference  stations  grew,  so  the  accuracy 

became  compromised.  This  was  particularly 

evident  in  mid-ocean,  far  from  the  nearest 

stations. DGPS essentially treated the symptoms 

and not the causes of the errors. To address that 

deficiency,  C&C  Technologies,  Inc  introduced 

its C-Nav GcGPS system.

Unlike DGPS, C-Nav corrects for the source of 

the errors: the uncertainties in the GPS satellites’ 

clock  and  orbital  parameters,  satellite  antenna 

alignment phase errors, and the modelable errors 

associated with dynamic tides and atmospherics. 

C-Nav’s  software,  with  its  pedigree  in  NASA’s 

Jet  Propulsion  Laboratory’s  Real-Time  GIPSY 

(RTG)  suite,  is  an  advanced  proprietary  RTG 

development  for  realizing  the  dynamic  version 

of  Precise  Point  Positioning.  C-Nav  delivers  a 

single set of globally valid corrections for all GPS 

satellites  –  irrespective  of  distance  from  land. 

The  correction  stream  is  broadcast  to  the  user 

community through two independent networks; 

NET-1  and  NET-2.  Each  network  comprises  of 

three  high-power  satellites  to  cover  the  Earth 

while facilitating the use of very small integrated 

GPS / L-Band antenna designs.

C-Nav’s 

international 

Satellite 

Based 

Augmentation System SBAS, delivers real-time 

dynamic  positioning  accuracy  (x,  y  and  z)  at 

the decimetric level. It includes many layers of 

security,  quality  control,  resilience  and  assured 

access  to  provide  a  unique  and  robust  solution 

to  the  cable  industry’s  need  for  self-regulating 

(autonomous)  independent  horizontal  and 

vertical positioning solutions.

The  C-Nav  ground  segment  comprises  of  a 

dense  network  of  tracking  stations  around  the 

world.  Typically,  up  to  seven  stations  track 

simultaneously  the  same  GPS  satellite.  The 

C-Nav tracking stations are equipped with dual 

frequency receivers operating through a common 

IGS-style choke ring antenna; these stations are 

further augmented with tracking stations of the 

NASA/JPL  network.  The  system  is  controlled 

through  two  independent,  geographically 

separated,  Processing  Centers.  Each  centre 

receives the full complement of tracking station 

data with a latency of less than two seconds. With 

hot primary and secondary production layers at 

each  Processing  Centre,  four  sets  of  orbit  and 

clock correction values are generated.

The  six  geostationary  high-power  Inmarsat 

communication satellites provide global L-Band 

distribution between about 75° north and south 

Goodbye

Differential GPS:

Introducing the

New Generation of

Precision Positioning

for Cable Surveys,

Installation

& Maintenance

By Edwin Danson

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latitudes. The  satellite  constellation  is  uplinked 

through  six  land  earth  stations,  each  equipped 

with primary and secondary layers of equipment. 

Each  layer  receives  the  corrections  from  both 

Processing  Centers.  The  NET-1  and  NET-2 

satellite constellations are constantly monitored 

by  the  Processing  Centers  to  ensure  service 

continuity and data quality.

In the user domain, Kalman filtering solves for 

satellite and receiver channel biases and a least 

squares solution calculates the position based on 

phase-smoothed  refraction  and  bias-corrected 

code observables. The Precise Point Positioning 

(state-space) technique is so refined as to include 

corrections  for  distorting  Earth-tides  and  ocean 

loading  (and  other  geodetic  effects)  through  an 

algorithm accessing the proprietary Sinko Earth-

tide model.

It was to meet the demands of C&C Technologies’ 

government and private sector customers that the 

real-time  positioning  of  the  C-Nav  system  was 

set  at  typically  10  cm  level  (in  term  of  ITRF 

2005)  with  a  vertical  accuracy  of  15  cm.  This 

level  of  accuracy  enables  the  widest  range  of 

users to benefit. The C-Nav community includes 

the  maritime  and  on-shore  sector,  the  offshore 

oil & gas industry, RTK augmentation, airborne 

platform  and  autonomous  robotic  vehicle 

operators,  ROV  and  DP  operators,  naval  and 

EEZ charting and, of course, the submarine cable 

industry.

However, it was to address the growing need for 

autonomous  assured  independence  in  solution 

integrity,  quality  assurance  and  confidence, 

that  the  latest  advances  in  C-Nav  have  been 

instigated.  The  C-Nav’s  service  is  based  on  a 

worldwide  over-determinate  tracking  network 

and enjoys the exclusive benefit of generating and 

applying the satellite orbit and clock correctors 

in  a  tightly  modeled  integrated  RTG  solution. 

The vulnerability of system failure is mitigated 

by  redundancy  through  route  diversity  and 

system  backups.  This  robust  structure  provides 

redundancy at each layer.

•  The  tracking  network  has  a  6:1  excess 

ratio;  stations  can  be  removed  from 

the  solution  without  affecting  system 

performance;

•  The  two  Processing  Centers  each 

determine two independent RTG solutions 

which are compared for veracity before 

broadcast;

•  The communication satellite NET-1 and 

NET-2  configuration  provides  spatially 

independent  communication  delivery 

between the hubs and user community;

•  All  C-Nav  tracking  stations  have  dual 

racks  of  equipment.  In  the  event  that  a 

performance flag identifies an anomaly, a 

rack can be excluded without impacting 

the solution;

•  Each C-Nav tracking station has multiple 

communication  links  to  the  Processing 

Centers. In the event of a communications 

failure,  an  alternate  method  of 

communication  is  automatically  put  on 

line;

•  Each  system  user  may  employ  multiple 

and / or differing C-Nav receivers;

•  The  C-Nav  GPS  receivers  can  be 

configured to operate with either NET-1 

or NET-2 correction signals or with both 

Networks  for  maximum  reliability  and 

technical redundancy;

•  The  NET-1  and  NET-2  configuration 

provides  for  independent  delivery  over 

each ocean region. 

Customers’  have  a  choice  of  receivers.  The 

26-channel Nav2050 dual-frequency receiver with 

integrated L-Band receiver and tri-band antenna 

delivers  typically  10  cm  horizontal  and  15  cm 

vertical  accuracy.  The  C-Nav1010  L1  receiver, 

in common with all C-Nav receivers, integrates 

C-Nav  correctors  as  well  as  WAAS  /  EGNOS 

data  and  provides  sub-meter  accuracy  and  is 

designed to maximize precision and stability in 

noisy and hostile environments. 

The C-Nav2000 

is  a  ‘smart-antenna’  design  with  an  integrated 

dual-frequency  GPS,  L-Band  demodulator,  and 

a tri-band antenna in one package.

DGPS has 

become

a by-word

for naviga-

tion

Cable route survey vessel Akademik

Aleksander Karpinskiy fits with C-Nav

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Benefits of accuracy and precision

So  what’s  the  point,  it  could  be  asked,  for 

enjoying  10  cm  accuracy  in  the  middle  of  the 

Pacific  for  a  vessel  steaming  several  thousands 

of meters above the ocean floor? The point has 

many answers.

Firstly,  dynamic  Precise  Point  Positioning,  if 

done right, cannot offer anything other than great 

precision. There  are  no  cost  savings  associated 

with a degraded performance, so 10 cm horizontal 

and  15  cm  vertical  is  what  you  get,  along  the 

coast,  inshore,  offshore  and  in  mid-ocean.  The 

benefits of being able to correct for water level 

changes is one obvious attraction.

Secondly, it is a cost-attractive solution compared 

with traditional DGPS – C-Nav passes on these 

cost-savings directly to the customer, reflected in 

the extremely competitive pricing structures.

Thirdly,  C-Nav  PPP  is  inherently  robust  so 

‘outages’  are  rare  and  precision  is  predictably 

assured.  The  design  of  the  system,  its  inbuilt 

autonomy, is such that there is no longer need for 

a second ‘QC’ system – it’s all there in C-Nav.

Fourthly,  having  high  positional  accuracy 

virtually  eliminates  any  ‘noise’  from  the  error 

budget  so  the  management  of  swath  (e.g. 

multibeam)  system  errors  can  be  reduced  to 

those  inherent  in  the  swath  systems  and  those 

associated with sound-in-water. In shallow seas 

and  coastal  areas,  where  seabed  information  is 

critical to safe cable installation, the benefits of 

great  precision  are  immediately  obvious  in  the 

swath data.

Fifthly,  for  station  keeping  when  operating 

ROVs  and  recovery  systems,  for  geotechnical 

investigations and other critical tasks, the stability 

C-Nav 2020 dual frequency receiver

with composite GPS/L-band antenna

Laurentides LES- C-Nav’s NET-2 uplink 

covering eastern Pacific and western Atlantic 

(Courtesy NavCom, Inc)

and precision of C-Nav provides for a safe and 

reliable DP input.

Lastly, the C-Nav Division of C&C Technologies, 

with  over  15  years  delivering  quality  GPS 

solutions,  has  learned  and  built  on  its  own 

experience, and that of its competitors, to develop, 

operate a deliver a positioning solution worthy of 

the 21

st

 Century.

Ed  Danson  is  C-Nav’s 

Business  Development 

consultant  based  in 

Europe. 

His 

career 

in  marine  geospatial 

engineering 

began 

in  1972  at  UEL,  the 

university  for  which 

he  is  now  an  external 

examiner.  He  has  been 

involved  with  DGPS  since  its  beginnings  and 

has  led  a  number  of  teams  developing  many  of 

the innovative solutions in the market today. He 

is a Chartered Surveyor and was President of the 

Institution of Civil Engineering Surveyors 2006-

7. He writes widely on industry matters and has 

four technical and three non-fiction books to his 

credit.

There are

no cost 

savings 

associated 

with a 

degraded 

performance