Zastosowanie wysokoczęstotliwościowych odbiorników GNSS do badania scyntylacji sygnałów satelitarnych w jonosferze.

Transkrypt

1 Zastosowanie wysokoczęstotliwościowych odbiorników GNSS do badania scyntylacji sygnałów satelitarnych w jonosferze. R. Sieradzki, A. Krankowski, Krypiak-Gregorczyk A., Zakharenkova I., Kapcia J. Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie 1

2 Plan wystąpienia 1. Scyntylacje sygnałów GNSS. Wyznaczanie parametrów wykorzystywanych w badaniach scyntylacji 3. Odbiornik pół softwarowy JAVAD G3TH_5 SIGMA 4. Pierwsze wyniki 5. Przyszłe badania

3 Podział wpływu jonosfery na sygnały GNSS Jonosfera można wpływać na sygnały GNSS na dwa sposoby: - refrakcja jonosferyczna - dyfrakcja w jonosferze Dyfrakcja związana jest z rozpraszaniem sygnałów satelitarnych na różnoskalowych nieregularnościach koncentracji elektronów. Nieregularności te powodują występowanie scyntylacji sygnałów GNSS, czyli zmian obejmujących takie parametry sygnału jak: amplitudę, fazę oraz kierunek rozchodzenia się fali. Badania średnio i wielkoskalowych zaburzeń jonosferycznych są prowadzone praktycznie od początku funkcjonowania systemu GPS. W przypadku małoskalowych nieregularności potrzebne były odbiorniki pracujące z odpowiednio wysoką częstotliwością. 3

4 Występowanie scyntylacji dla różnych szerokości Scyntylacje sygnałów GNSS są najczęstsze oraz najsilniejsze dla dwóch obszarów leżących po obu stronach równika magnetycznego. Występują tam nawet do 100 dni w roku. W przypadku najbardziej nas interesujących średnich szerokości, występowanie scyntylacji związane jest z silnymi burzami geomagnetycznymi i zdarzają się tylko kilka razy do roku. Mapa występowania scyntylacji. (Kintner P.M. i inni, "GNSS and Ionospheric Scintillation " Inside GNSS 009) 4

5 Wyznaczanie parametrów wykorzystywanych w badaniach scyntylacji Index S4 służący do określania scyntylacji amplitudy wyznaczany jest na podstawie zależności: S 4 I I I A 4 A A zwykle dla jednominutowych interwałów, gdzie I oznacza moc sygnału, natomiast A jego amplitudę Do określania scyntylacji fazy wykorzystuje się miarę odchylenia standardowego obserwacji fazowych, także wyznaczaną zwykle w jednominutowych okresach. 5

6 Wyznaczanie parametrów wykorzystywanych w badaniach scyntylacji Jako wskaźnika mocy sygnału jest także wykorzystywany stosunek mocy sygnału na częstotliwości nośnej do szumu. Wielkość ta jest standardowo zapisywana w formacie RINEX, jednak często duża zmiana pomiędzy poziomami reprezentacji utrudnia wykorzystanie tej informacji JAVAD G3TH_5 SIGMA LEICA GRX100+GNSS 6

7 Odbiorniki GNSS wykorzystywane do monitorowania scyntylacji 1. GPS Ionospheric Scintillation and TEC Monitor (GISTM). Odbiorniki firmy Novatel ze specjalnie zmodyfikowanym firmwarem, umożliwiającym wyznaczanie oraz zapis zarówno scyntylacji amplitudy w interwałach 1 minutowych jak i scyntylacji fazy dla okresów 1,3,10,30,60 sekund. Odbiorniki dwuczęstotliwościowe umożliwiają także wyznaczanie TEC. 7

8 Odbiorniki GNSS wykorzystywane do monitorowania scyntylacji. SCINTMON opracowany na Cornell University. Składa się z chipsetu GPS firmy Zarlink oraz otwartego oprogramowania, określającego amplitudę sygnału z częstotliwością 50 Hz. Typowo 10 kanałów odbiornika SCINTMON odbiornika jest wykorzystywane do śledzenia sygnałów GPS, jeden dedykowany jest dla sygnału WAAS, oraz jeden kanał służy do określania poziomu szumu.

9 JAVAD G3TH_5 SIGMA -Odbieranie sygnałów GPS L1/L/L5, GLONASS L1/L,Galileo E1/E5A -Maksymalna częstotliwość obserwacji -100 Hz (opcja) -Komunikacja z odbiornikiem za pomocą portów szeregowych, USB oraz portu Ethernet (TCP,FTP) -Bardzo duże możliwości konfiguracyjne -GREIS (GNSS Receiver External Interface Specification) - Interfejs umożliwiający wydawanie poleceń i uruchamianie skryptów z linii komand

10 JAVAD G3TH_5 SIGMA Przykładowa komenda wysyłająca czas [RT] i datę [RD] odbiornika na bieżące urządzenie odbiorcze Konfiguracja dwóch niezależnych plików z danymi 10

11 JAVAD G3TH_5 SIGMA Budowa przykładowych wiadomości zawierających obserwacje fazowe oraz informacje o rodzaju rozwiązania 11

12 Przykładowe wyniki indeksu S

13 Porównanie wyników indeksu S4 dla stacji Kiruna oraz Lamkówko Kiruna Lamkówko 13

14 Przyszłe badania Porównanie otrzymanych wyników indeksu S4 dla odbiorników SIGMA oraz specjalnych odbiorników: - Septentrio - IFEN Wykorzystanie indeksu siły sygnału zapisywanego przez odbiornik LEICA do formatu RINEX do wyznaczania indeksu S4 Wyznaczanie scyntylacji fazowych odbiornikami Septentrio oraz IFEN Rozwój serwisu internetowego 14