Aktualne produkty jonosferyczne dla GNSS

Transkrypt

1 Aktualne produkty jonosferyczne dla GNSS Anna Krypiak-Gregorczyk 1, Paweł Wielgosz 1 Andrzej Borkowski 2 Angela Aragon-Angel 3 Aleksander Nowak 4 1 Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie 2 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 3 European Commission, Joint Research Centre (JRC), Institute for the Protection and Security of the Citizen, Italy 4 Politechnika Gdańska Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce Grybów, września 2016

2 PLAN PREZENTACJI 1. Wprowadzenie do wyznaczenia TEC z obserwacji GNSS 2. Krótki przegląd istniejących globalnych modeli jonosfery 3. Regionalny model jonosfery opracowany na UWM w Olsztynie 4. Walidacja wybranych modeli

3 RÓWNANIA OBSERWACYJNE POMIARÓW GPS METODOLOGIA L1 i k = q i k + c t i t k P1 i k = q i k + c t i t k + T k i I k i λ 1 N1 k i + c b k L1 + b L1,i + + T i k + I i k + c b 1 k + b 1,i + gdzie: i, k indeksy odbiornika (i) oraz satelity (k), k L1 i obserwacje fazowe sygnału L1, k P1 i zmierzona pseudoodległość na częstotliwości L1, k q i odległość geometryczna pomiędzy odbiornikiem i a satelitą k, c prędkość światła w próżni, t i błąd chodu zegara odbiornika, t k błąd chodu zegara satelity, T k i opóźnienie troposferyczne, k I i opóźnienie jonosferyczne, b k k 1, b L1 opóźnienie sprzętowe satelity (dla sygnałów P1, L1), b 1,i, b L1,i opóźnienie sprzętowe odbiornika (dla sygnałów P1, L1), k N1 i całkowitoliczbowa, początkowa liczba cykli pomiaru fazowego L1 (nieoznaczoność), λ 1 długości fali sygnału L1, szum obserwacji (błędy przypadkowe).

4 KOMBINACJA LINIOWA GEOMETRY-FREE (P4) METODOLOGIA P1 i k = q i k + c t i t k + T i k + I i k + c b 1 k + b 1,i + P2 i k = q i k + c t i t k + T i k + I i k + c b 2 k + b 2,i + = f 1 2 f 2 2 1, P4 k i = P1 k i P2 k i =+ 4 I k k i + c(dcb P1P2 + DCB P1P2i ), gdzie: k k DCB P1P2 = b 1 b k 2, DCB P1P2i = b 1,i b 2,i, 4 = 1 -, 4 = 1 - f 1 2 f2-0,647 2 DCB f 1 i f 2 to częstotliwości sygnałów L1 i L2 f 1 = 1575,42 MHz, f 2 = 1227, MHz I k i = P4 i k k c(dcb P1P2 + DCB P1P2i ) 4 I k i =- 40,3 TEC f 2

5 METODOLOGIA WYGŁADZANIE FAZOWE OBSERWACJI PSEUDOODLEGŁOŚCI ~ P1(t) = L1 t + P1 L1 + 2 f 2 2 f 2 1 f2 ((L1 t - L2 t ) (L1 L2)) 2 ~ P2(t) = L2 t + P2 L2 + 2 f 1 2 f 2 1 f2 ((L1 t - L2 t ) (L1 L2)) 2 gdzie: L1, L2 obserwacje fazowe sygnału L1, L2, P1 zmierzona pseudoodległość na częstotliwości L1, _ P1 L1, P2 L2 - średnia różnica obserwacji kodowych i fazowych w danym łuku, L1 t - L2 t _ L1 L2 - opóźnienie jonosferyczne, - średnie jonosferyczne opóźnienie w danym łuku

6 DYSPERSJA TEC Z OBSERWACJI KODOWYCH wpływ długości łuku na dokładność wyznaczenia vtec 20 MARZEC 2012 R.

7 METODOLOGIA KOMBINACJA LINIOWA GEOMETRY-FREE (L4) L1 i k = q i k + c t i t k L2 i k = q i k + c t i t k + T k i I k i λ 1 N1 k i + c b k L1 + b L1,i + + T k i I k i λ 2 N2 k i + c b k L2 + b L2,i + = f 1 2 f 2 2 1, L4 k i = L1 k i L2 k i = - 4 I k i + B k i,4, gdzie: B k i,4 = λ 1 N k i,1 + λ 2 N k i,2 + b k k L1 b L2 + (b L1,i b L2,i ) 4 = 1 -, 4 = 1 - f 1 2 f 2 2-0,647 I k i = L4 i k k B i,4 4 f 1 i f 2 to częstotliwości sygnałów L1 i L2 f 1 = 1575,42 MHz, f 2 = 1227, MHz Carrier phase bias: constant for continuous data arc

8 METODOLOGIA MODEL POJEDYNCZEJ WARSTWY SINGLE LAYER MODEL (SLM) gdzie: z odległość zenitalna satelity obserwowana z pozycji odbiornika GPS, z odległość zenitalna satelity w punkcie przebicia jonosfery sygnałem GPS na wysokości H modelu SLM, R średni promień Ziemi, H wysokość pojedynczej warstwy w modelu SLM. F(z) sin z ',gdzie: R sin z ' sin z R H vtec= stec F(z)

9 MIĘDZYNARODOWA SŁUŻBA GNSS (INTERNATIONAL GNSS SERVICE - IGS) ŚWIATOWA MODEL SIEĆ JONOSFERY STACJI PERMANENTNYCH UPC

10 POPULARNE MODELE JONOSFERY Globalne mapy jonosfery opracowane przez International GNSS Service (IGS GIMs), rozdzielczość przestrzenna 5.0 x 2.5 oraz czasowa 2 godziny, kombinacja map GIMs opracowanych przez Centra Analiz: CODE (modelowanietec z zastosowaniem SH, DD_L4, mapy 2 godzinne ) ESA (modelowanietec z zastosowaniem SH, P4, mapy godzinne) JPL (model GAIM, 3D, mapy 15 minutowe) UPC (dwuwarstwowa tomografia, modelowanie TEC z zastosowaniem splines) NRCan (modelowanietec z zastosowaniem SH) WHU (modelowanietec z zastosowaniem SH) UPCs UQRG (tomografia, kriging, mapy 15 minutowe)

11 POPULARNE MODELE JONOSFERY Prof. M. Hernandez-Pajares (UPC) przeprowadził ocenę omawianych modeli jonosfery wykorzystując vtec pochodzący z opracowania obserwacji altymetrycznych ( ): IGS Workshop 2016 w Sydney Comparing performances of seven different global VTEC ionospheric models in the IGS context Prof. M. Hernandez-Pajares przeprowadził również porównanie zmian stec podczas 4 wybranych dni 2015 roku dla 50 globalnie rozmieszczonych stacji, które nie były używane do opracowania analizowanych modeli

12 DOSTĘPNE PRODUKTY WYNIKI WALIDACJI PRZEPROWADZONEJ PRZEZ UPC ION-SAT ( ) AC/GIM Altim-GIM rms in Altim-GIM rel. err. % dstec rel. err. % IGSG CODG ESAG JPLG UPCG EMRG* WHUG* UQRG Hernandez-Pajares et al. 2016

13 MODEL JONOSFERY UWM-RT1 DANE OBSERWACYJNE: Obserwacje fazowe L1&L2 pochodzące z: 50 stacji GNSS systemu ASG-EUPOS rozmieszczonych na terenie całej Polski >200 stacji GNSS sieci EPN (EUREF Permanent Network) dwuczęstotliwościowe obserwacje fazowe i kodowe systemów GPS + GLONASS interwał: sekund maska odcięcia horyzontu: 30 o.

14 MODEL JONOSFERY UWM-RT1 ASG-EUPOS, EPN RINEX IMPORT DANYCH PREPROCESSING OBSERWACJI FAZOWYCH (L1/L2) PREPROCESSING OBSERWACJI PSEUDOODLEGŁOŚCI (P1/P2) 1) WYZNACZENIE B 2) OBLICZENIE TEC W IPP 3) INTERPOLACJA (TPS) KOMBINACJA LINIOWA (L4) ELEWACJE, AZYMY KOMBINACJA LINIOWA (P4) MAPY TEC KALIBRACJA DCB: -SATELITÓW GNSS -ODBIORNIKÓW ZEWNĘTRZNE SERWISY POGODY KOSMICZNEJ SERWIS MONITOROWANIA STANU JONOSFERY

15 Problem: ANALIZY JONOSFERY Z WYKORZYSTANIEM TPS (THIN PLATE SPLINE) {x,y,w} w = w(x,y) Zadanie wariacyjne: Rozwiązanie analityczne: - parametry r i

16 ANALIZY JONOSFERY Z WYKORZYSTANIEM TPS (THIN PLATE SPLINE) {ϕ, λ} M {X,Y} {ϕ, λ, TEC} Parametry: TPS Aproksymacja: TEC TPS Nowe σ Residua: TEC(X,Y)-TEC TPS (X,Y) N RMS RMS σ apriori T Interpolacja: TEC TPS (X G,Y G ) GRID: (ϕ G, λ G ) M (X G,Y G ) TEC TPS (ϕ G, λ G )

17

18 SERWIS MONITOROWANIA STANU JONOSFERY

19 OKRES TESTOWY: (73-79, 2015)

20 ANALIZOWANE MODELE 1. Globalny model jonosfery IGS Rozdzielczość czasowa 120 minut, przestrzenna 5x2.5 stopnia; 2. Regionalny model jonosfery opracowywany przez Centrum Analiz CODE COE Rozdzielczość czasowa minut, przestrzenna 5x2.5 stopnia; 3. Globalny model jonosfery opracowywany przez UPC (Barcelona) UQRG Rozdzielczość czasowa 15 minut, przestrzenna 5x2.5 stopnia; 4. Globalny model Galileo NeQuick transmitowany w depeszy nawigacyjnej 5. Regionalny model jonosfery opracowany w Instytucie Geodezji UWM w Olsztynie Oparty na opracowaniu absolutnych, dwuczęstotliwościowych pomiarów fazowych GNSS (GPS+GLONASS), oferuje wysoką rozdzielczość czasowo-przestrzenną: 0.25x0.25x1min. Thin Plate Spline (TPS)

21 MAPY STANU JONOSFERY ANALIZOWANYCH MODELI JONOSFERA SPOKOJNA 75/ :00:00 UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 75/ :00:00 UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 75/ :00:00 UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick

22 MAPY STANU JONOSFERY ANALIZOWANYCH MODELI JONOSFERA AKTYWNA 76/ :00:00 UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 76/ :00:00 UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 76/ :00:00 UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick

23 Referencyjny STEC: Wpasowanie obserwacji fazowych L4 = L1-L2 L4 po wpasowaniu STEC wyznaczony z mapy TEC WTZR UWM-rt1 PRN WTZR UWM - rt1 PRN

24 WROC 75/2015 DZIEŃ SPOKOJNY 70 WROC UWM-rt1 PRN9 UWM rt UQRG WROC UQRG PRN IGS WROC IGS PRN WROC COE PRN CODE WROC NeQuick PRN9 NeQuick

25 WTZR 75/2015 DZIEŃ SPOKOJNY UWM rt1 WTZR UWM-rt1 PRN UQRG WTZR UQRG PRN IGS WTZR IGS PRN WTZR COE PRN5 CODE WTZR NeQuick PRN5 NeQuick

26 WROC 76/2015 DZIEŃ ZABURZONY UWM rt1 WROC UWM-rt1 PRN UQRG WROC UQRG PRN IGS WROC IGS PRN WROC COE PRN5 CODE WROC NeQuick PRN5 NeQuick

27 WTZR 76/2015 DZIEŃ ZABURZONY WTZR UWM-rt1 PRN UWM rt WTZR UQRG PRN WTZR COE PRN UQRG CODE WTZR IGS PRN WTZR NeQuick PRN30 IGS NeQuick

28 ANALIZA DOKŁADNOŚCI TESTOWANYCH MODELI JONOSFERY stec RMS [] DOY UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 73 0,84 1,28 1,15 2,65 2, ,87 1,27 1,14 2,98 2, ,97 1,38 1,22 2,23 2, ,09 1,93 2,37 3,88 7, ,39 0,84 1,11 2,12 3, ,38 0,92 1,18 2,91 3, ,33 0,84 1,16 1,88 2,27

29 ANALIZA DOKŁADNOŚCI TESTOWANYCH MODELI JONOSFERY vtec RMS [] DOY UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 73 0,48 0,86 0,77 1,66 1, ,49 0,85 0,76 1,87 1, ,53 0,92 0,82 1,41 1, ,65 1,28 1,63 2,47 4, ,24 0,55 0,75 1,33 2, ,23 0,61 0,77 1,80 2, ,19 0,56 0,81 1,18 1,47

30 ANALIZA DOKŁADNOŚCI TESTOWANYCH MODELI JONOSFERY stec RMS [] UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 0,73 1,24 1,35 2,70 3,44 vtec RMS [] UWM rt1 UQRG IGS CODE NeQuick 0,42 0,83 0,91 1,70 2,17

31 PODSUMOWANIE: GLOBALNE MAPY JONOSFERY: MAŁA ROZDZIELCZOŚĆ CZASOWA I PRZESTRZENNA MAŁA DOKŁADNOŚĆ MODELI WYNIKA Z: ZASTOSOWANIA SH OPRACOWANIE Z WYGŁADZANYCH FAZOWO OBSERWACJI PSEUDOODLEGŁOŚCI PROSTA FUNKCJA MAPUJĄCA MODEL UWM-RT1: WYSOKA DOKŁADNOŚĆ DUŻA ROZDZIELCZOŚĆ CZASOWA I PRZESTRZENNA MODELU ( SEKUND, 0.25 X 0.25) PLANY: WALIDACJA W PRECYZYJNYM POZYCJONOWANIU W PPP (GFZ, UPWR) POZYCJONOWANIE WZGLĘDNE (UPWR) TOMOGRAFIA JONOSFERY GLOBALNY MODEL JONOSFERY, MODEL JONOSFERY W CZASIE RZECZYWISTYM.

32 Dziękuję za uwagę!