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
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
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
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
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
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
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
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.
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
JAVAD G3TH_5 SIGMA Przykładowa komenda wysyłająca czas [RT] i datę [RD] odbiornika na bieżące urządzenie odbiorcze Konfiguracja dwóch niezależnych plików z danymi 10
JAVAD G3TH_5 SIGMA Budowa przykładowych wiadomości zawierających obserwacje fazowe oraz informacje o rodzaju rozwiązania 11
Przykładowe wyniki indeksu S4 6.05.011 7.05.011 1
Porównanie wyników indeksu S4 dla stacji Kiruna oraz Lamkówko 8.05.011 Kiruna Lamkówko 13
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