MODELIRANJE IONOSFERSKE REFRAKCIJE ZA IZBOLJŠAVO ABSOLUTNEGA GNSS-POLOŽAJA S KODNIMI INSTRUMENTI: PRIPRAVA NA 24. SONČEV CIKEL
IONOSPERIC REFRACTION MODELING FOR BETTER AUTONOMOUS GNSS CODE POSITIONING: IN PREPARATION OF SOLAR CYCLE 24

Oskar Sterle, Bojan Stopar, Polona Pavlovčič Prešeren

DOI: 10.15292/geodetski-vestnik.2013.01.009-024

 

Izvleček:

V prispevku opisujemo način izboljšane obdelave GNSS-opazovanj za določitev absolutnega položaja objekta na Zemlji ali v njeni bližini s kodnimi GNSS-instrumenti. Obdelava opazovanj poteka je izboljšana z upoštevanjem modeliranega vpliva ionosfere v realnem času, kar bo ključno ob prihajajočem višku 24. Sončevega cikla. Zanima nas, kako nenadne spremembe v ionosferi, ki so rezultat dogajanja na Soncu, vplivajo na določitev položaja v enostavnih navigacijskih nalogah. Prikazujemo tudi način modeliranja ionosferske refrakcije iz opazovanj večfrekvenčnih instrumentov, ki omogočajo izvajanje tako kodnih kot faznih opazovanj. Modelirano ionosfersko refrakcijo lahko enostavno uporabimo tudi pri obdelavi opazovanj iz enostavnih enofrekvenčnih kodnih instrumentov. Pri tem pokažemo vlogo stalnih GNSS-postaj, ki širšemu krogu uporabnikov omogočajo pridobivanje boljših podatkov o stanju v ionosferi skorajda v realnem času. V sklepu pokažemo izboljšanje določitve 3D-položaja s kodnimi instrumenti, če uporabimo tako modeliran vpliv ionosferske refrakcije v metodi diferencialnega GNSS. Študijo smo opravili, da bi izboljšali obdelavo kodnih opazovanj med prihajajočim viškom Sončevega cikla, ki naj bi po napovedih nastopil v maju 2013.

Ključne besede: obdelava GNSS-opazovanj, 24. sončev cikel, kodni GNSS-instrumenti, absolutna določitev položaja, modeliranje ionosferske refrakcije, diferencialni GNSS

 

Abstract:

This paper describes GNSS-processing optimisation for better autonomous single-point positioning using single frequency code receivers. GNSS processing improvement is carried out in terms of near-real time ionosphere delay modelling, which will be crucial during the upcoming 24th maximum solar cycle. The main scope of this article is to examine how sudden changes in the ionosphere, caused by events on the Sun, affect autonomous single-point positioning in simple navigation tasks. Further, the specific method of ionosphere delay modelling from actual two-frequency receivers, acquiring carrier phase and code observations, is shown. The modelled value of the ionospheric refraction, which is given in GNSS path delay, is further used in point positioning from single-frequency code instruments. In addition, we show the advantage of GNSS permanent stations that can supply a wide range of users with better ionosphere data in near real time. From actual experiments, the magnitude of the ionospheric impact on each specific 3D position component is shown and further improved using modelled ionosphere delay values. Finally, we show how to improve GNSS position determination from simple single- or two-frequency GNSS code or carrier-phase receivers in differential GNSS method. This study was conducted for preparations for the upcoming solar cycle maximum, expected to be held in May 2013.

Keywords: GNSS-processing, 24th solar cycle, code GNSS receivers, autonomous single-point positioning, ionospheric refraction modelling, differential GNSS

 

Literatura / References:

Berk, S., Bajec, K., Radovan, D. (2013). Spremljanje ionosferskih motenj nad Slovenijo s pomočjo omrežja stalnih GNSS-postaj SIGNAL. Raziskave s področja geodezije in geofizike. 18. Strokovno srečanje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko. Ljubljana, 29. januar 2013. Zbornik predavanj, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana, 95–103.

Brown, A., Silva, R. (2000). A GPS receiver designed for carrier-phase time transfer. Proceedings of ION National Technical Meeting, januar 2000.

Jakowski, N., Mayer, C., Wilken, V., Hoque, M. M. (2008). Ionospheric Impact on GNSS Signals. Fisica de la Tierra, posebna izdaja »The Ionosphere and its Influence on Positioning and Satellite Navigation«, Vol. 20, 2008.

Komjathy, A. (1997). Global Ionospheric Total Electron Content Mapping Using the Global Positioning System, doktorska disertacija, Department of Geodesy and Geomatics Engineering Technical Report NO. 188, University of New Brunswick, Fredericton, New Brunswick, Kanada, 248 str.

Leick, A. (1995). GPS satellite surveying. John Wiley & Sons.

Schaer, S., Gurtner, W., in Feltens, J. (1997). IONEX: The IONosphere Map EXchange Format Version 1, February 25, 1998, v Proceedings of the 1998 IGS Analysis Centers Workshop, ESOC, Darmstadt, Nemčija, 233–247.

Schaer, S. (1999). Mapping and Predicting the Earth's Ionosphere Using the Global Positioning System. Disertacija, AIUB (angl. Astronomical Institute, University of Berne), Bern, Švica, marec 1999.

Sirocko, F., Brunck, H., Pfahl, S. (2012). Solar influence on winter severity in central Europe, Geophysical Research Letters, 39, L16704.

Sterle, O., Stopar, B., Pavlovčič Prešeren, P (2012). Vplivi dogajanj na Soncu na določitev položaja z enofrekvenčnimi kodnimi GNSS-instrumenti: priprava na vrh 24. Sončevega cikla. Raziskave s področja geodezije in geofizike. 17. strokovno srečanje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko. Ljubljana, 26. januar 2012. Zbornik predavanj, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana, 79–90.

Zhou, Z. (1995). Principle and Practice of GPS Satellite Surveying. Surveying and Mapping, Peking.