Ionosfæremodeller for en-frekvente brukere av GPS og Galileo

Transkript

1 Ionosfæremodeller for en-frekvente brukere av GPS og Galileo Yngvild L. Andalsvik og Knut S. Jacobsen Geodesi- og hydrografidagene 2017, Sundvolden Photo:OHB

2 Innhold En-frekvente brukere Romvær og ionosfæriske forstyrrelser på GNSS Klobuchar GPS NeQuick G Galileo Eksempler og noen veldig foreløpige resultater

3 Motivasjon og bakgrunn Photo:GSA

4 ..

5 ..

6 Ionosfære og romvær Øvre del av atmosfæren Fra rundt km Delvis ionisert Høy elektrontetthet og store variasjoner i elektrontetthet gir størst utfordringer

7 Romvær

8 Solaktiviteten varierer med en 11 års syklus

9 Ionosfæren Daglige variasjoner Variasjoner på breddegrad Årstidsvariasjoner Solsyklus og solaktivitet Normalt er elektrontettheten størst midt på dagen, om sommeren og ved solflekkmaksimum, men det finnes unntak.

10 Ionosfæren Ray bending Amplitude and phase variarions Group delay Faraday rotation

11 Hvordan kompensere for effektene på signalet? For mottagere med mer enn en frekvens kan mesteparten av forsinkelsen fjernes med en ionosfærefri kombinasjon (men mer støy) Scintillasjoner kan vanskelig kompenseres for

12 En-frekvente brukere Må motta informasjon om ionosfæren fra en ekstern kilde Modeller Målt ionosfæretilstand fra et mottakernettverk Empirisk modell med målte inputvariable Statisk empirisk modell

13 Klobuchar og NeQuick G GPS og Galileo sender ut et sett med parametere for deres ionosfæremodeller ment for en-frekvente brukere Begge modellene kan i prinsippet brukes på begge systemer GPS: Dager mellom opplasting avhengig av tid på året og de siste dagers sol-fluks (F10.7) Galileo: en gang i døgnet

14 GPS ionosfæremodell Utviklet av J. A. Klobuchar midt på 70-tallet Laget for å minimere krav til beregnings- og lagringskapasitet Antar ionosfæren som et lag i 350 km høyde

15 Vertikal forsinkelse er basert på en konstant verdi for nattestid og en halv-cosinus funksjon for dagtid Amplitude og periode er gitt ved 8 parametere som sendes som del av navigasjonsmeldingen (basert på ett av 370 sett) Min og maks vertikal forsinkelse: 1,45 m og 14,80 m

16 Galileos ionosfæremodell Tilpasning av ITU-R NeQuick for sanntidsbrukere: NeQuick G 3D - basert på profiler av ionosfære-lag Klimatologisk modell av elektrontetthet

17 Sensor stasjon Satellitt Bruker mottager Algoritme-oversikt Observasjoner av Slant TEC over 24 timer Optimering av den effektive ionisasjonsparameteren for NeQuick slik at den matcher observasjonene Satellittene sender ut tre parametre Grunnlag for den effektive ionisasjonsparameteren Az(μ) = a 0 + μ a 1 + μ 2 a 2 Integrasjon langs line-ofsight gir slant TEC Korrigert for den relevante frekvensen

18 Ionosfæreparametrene i navigasjonsmeldingen fra satellittene (I/NAV og F/NAV) Efemeridene inneholder vanligvis ett sett fra en mottager

19 MODIP regioner - Ionospheric Disturbance Flags SF1 SF2 SF3 SF4 SF5 Region 1 60 deg < MODIP 90 deg Region 2 30 deg < MODIP 60 deg Region 3-30 deg MODIP 30 deg Region 4-60 deg MODIP < -30 deg Region 5-90 deg MODIP < -60 deg

20 GIMA program design

21 10 november 2017

22

23

24 Eksempler: TEC maps

25 Eksempler SPP posisjonsfeil med og uten Klobuchar for Stavanger (10 november 2017)

26 Langtids-studier To-års studie av Rho et. al. 2017

27 Videre planer Operasjonalisering Egen posisjons-domene analyse Parameter analyse Alarmer Sette systemet i operasjonell drift Få på plass (egenutviklet) software for analyse av posisjonfeil sammenlignet med vår egen «fasit». Analyse av tidsdpunkt for mottak av nye ionosfæreparametre for de ulike satelittene Siden systemet kjører i sanntid er det også mulighet for å få til alarmer hvis vi finner ut at det er hensiktsmessig

28 Leveranser til Galileo Reference Center.. Photo:GSA

29 Oppsummering GPS og Galileo sender begge ut ionosfæremodeller til en-frekvente brukere Hvilken ionosfæremodell som brukes kan ha litt å si for «den berømmelige blå prikken» Selv om det nok uansett er vankelig å love at det blir like bra som denne appen lover..

30 Takk for oppmerksomheten!