Ytelsemonitorering av Galileo Anders Solberg, Kartverket Geodesi Geodesi- og hydrografidagene 2017. 15.-16. november, Sundvollen.
Innhold 1. Kort systemstatus for Galileo 2. Motivasjon (Hvorfor?) 3. Metodikk (Hvordan?) 4. Noen foreløpige resultater
Galileo romsegment pr. 14.11.2017 https://www.gsceuropa.eu/systemstatus/constellation-information Totalt 18 satellitter, hvorav: 15 satellitter i normal drift. 1 stk. (E20) virker ikke. 2 stk. (E14 og E18) er i bane med høyere eksentrisitet enn de skulle ha hatt. Har formell status «Testing», men kan brukes til en del anvendelser.
Motivasjon Som deltaker (og dermed økonomisk bidragsyter) i Galileo-programmet, er Norge interessert i at systemet virker så godt som mulig for oss. Derfor finansierer Norsk Romsenter et betydelig arbeid i Kartverket for å monitorere Galileo. Kartverket er på vei inn i et EU(GSA)-finansiert prosjekt hvor medlemslandene skal overvåke ytelsen til Galileo uavhengig av tjenesteleverandøren. I tillegg har Kartverket en egeninteresse av å ha kontroll med hvordan Galileo virker, ettersom Galileo forventes å bli sentralt for mange brukere i framtida.
Hva skal gjøres? Kvalitetskontrollere Galileo 1. På brukernivå (koordinater for sanntidsbrukere) 95% nøyaktighetstall (HPE95% og VPE95%) for én og tofrekvente brukere av kodemålinger 2. På systemnivå (observasjoner) UERE (User Equivalent Range Error) 3. Galileos ionosfæremodell for énfrekvente brukere (mer om dette i morgen)
1. Monitorering på brukernivå Koordinater som kan oppnås for brukere i sanntid kringkasta navigasjonsmelding brukes Terratec har implementert bruk av kringkasta navigasjonsmelding i TerraPos Kodemålinger (altså ikke høypresisjonsbrukere) E1 E1/E5a iono-fri Evt. E5a Evt. E5b Evt. E5(a+b) Datagrunnlag: Observasjonsdata fra et antall permanente GNSS-stasjoner Beregning av daglig tidsserie for hver stasjon. Koordinatene sammenlignes med kjente referanseverdier [ΔN,ΔE,Δh](t) HPE95% og VPE95% beregnes pr. stasjon pr. døgn
2. Monitorering på systemnivå UERE kan forstås som: Effekt på en avstandsmåling av summen av GNSS-feilkildene??? GNSS-feil???
Feilkilder i GNSS Banefeil Klokkefeil + HWforsinkelse ρ = R + orb sat c dt sat + I + T + M + c dt rec + Ionosfære UERE = Effekt på en avstandsmåling av summen av GNSSfeilkildene, unntatt mottakerens klokkefeil og HW-forsinkelse Troposfære Multipath Klokkefeil + HW-forsinkelse
Separering av feilkildene Satellittbanefeil Satellittklokkefeil Ionosfæreforsinkelse Troposfæreforsinkelse Flerveisinterferens («multipath») Mottakerstøy og umodellerte feil UERE t = orb sat t c dt sat t + I t + T t + M t + ε(t)
Feil som skyldes kontroll- og romsegmentet Banefeil Klokkefeil + HWforsinkelse Feilen på en avstandsmåling som skyldes feil i satellittens kringkasta bane- og klokkedata, kalles SISRE (Signal-In-Space Range Error). Denne kan beregnes basert på en sammenligning av de kringkasta dataene og presise etterprosesserte data. Satellittens koordinatfeil Δx, Δy, Δz regnes om til Δr, Δa, Δc (radial, along-track, cross-track). Prosessen utføres av Kartverkets egen programvare «Where». SISRE(t) = (w r r sat dt sat ) 2 + w 2 2 a,c ( a sat + c 2 sat )
Feil som skyldes atmosfære, lokale forhold, signalet selv, mottaker Ionosfære Troposfære Multipath Her må man bruke Galileo-observasjoner. Et beregningsopplegg basert på TerraPos er planlagt i samråd med Terratec. Terratec har laget en utskriftsfunksjon for restfeil i TerraPos.
Statistikk t=1 t=2 t=3 t=n UERE RMS = UERE(1)2 + UERE 2 2 + UERE 3 2 + +UERE n 2 n Sammenhengen med brukernivå: σ HPE = UERE RMS HDOP σ VPE = UERE RMS VDOP
Metodikk - oppsummert 1. Brukernivå: Posisjoner beregnes vha. TerraPos Bruker kringkasta bane- og klokkedata (navigasjonsmelding) Bruker kodemålinger 2. Systemnivå: UERE splittes i komponenter: a. Satellittenes bane- og klokkefeil: Beregnes i forhold til presise bane- og klokkedata vha. «Where». b. Restfeil på kodemålinger etter presis posisjonsberegning: Beregnes vha. TerraPos. Bruker presise bane- og klokkedata Bruker GPS+Galileo for å få god kontinuerlig geometri Bruker fasemålinger for å få god presisjon Eliminasjon av ionosfæreforsinkelse (2 frekvenser) Stokastisk rest-troposfæreestimering
Noen foreløpige resultater NB! Resultatene har et svært begrensa omfang, og er ikke kvalitetssikra. De er kun ment å illustrere hva Kartverket vil produsere, og må ikke brukes som grunnlag for vurdering av Galileos ytelse.
Vadsø, 28.10.2017 Galileo, E1 12 Vadsø, 28.10.2017 GPS, L1 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 12-2 0-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 12-2 -4-4 -6-6 -8-8 -10-10 -12-12 Det systematiske avviket i retning øst skal undersøkes nærmere. Foreløpig ukjent årsak.
25 Vadsø, 28.10.2017 Galileo, E1 25 Vadsø, 28.10.2017 GPS, L1 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0-5 -5-10 -10-15 -15-20 -20-25 518400 529200 540000 550800 561600 572400 583200 594000 604800-25 518400 529200 540000 550800 561600 572400 583200 594000 604800
Vadsø, 28.10.2017 Galileo, 2f iono-free code combination 12 10 8 6 4 2 0-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 12-2 -4-6 -8-10 -12 Vadsø, 28.10.2017 GPS, 2f iono-free code combination 12 10 8 6 4 2 0-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 12-2 -4-6 -8-10 -12
25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20 Vadsø, 28.10.2017 Galileo, 2f iono-free code combination 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20 Vadsø, 28.10.2017 GPS, 2f iono-free code combination -25 518400 529200 540000 550800 561600 572400 583200 594000 604800-25 518400 529200 540000 550800 561600 572400 583200 594000 604800
Eks. på restfeil på iono-fri kodekombinasjon E1&E5a
Eks. på restfeil på iono-fri kodekombinasjon L1&L2
Eks. på restfeil på L1
Gjenstående utfordringer Automatisering og operasjonalisering Tilgang på etterprosesserte HW-biasverdier (nødvendige for å beregne restfeil på enkeltkodesignaler (E1, E5a, E5b, E5(a+b)) Evt. beregning ved bruk av E5a, E5b, E5(a+b)
Takk for oppmerksomheten! Spesiell takk til Narve S. Kjørsvik, Terratec AS for spesialtilpasning av TerraPos Michael Dähnn, Kartverket Geodesi for utvikling av SISREberegningsmodul i Where