I K VON GNSS- E MITTELS M - GW17 · Frequenz- abhängige Effekte P4 P1 P2 Iono c (DCB S DCB E) ... Folie 1 Author: Magnet Created Date: 10/11/2013 3:07:01 PM

IONOSPHÄRISCHE KORREKTUR VON GNSS-EINFREQUENZDATEN MITTELS MULTILAYER MODELL

NINA MAGNET, ROBERT WEBER

DEPARTMENT FÜR GEODÄSIE UND GEOINFORMATION TECHNISCHE UNIVERSITÄT WIEN

ANGEWANDTE GEODÄSIE UND GNSS GEODÄTISCHE WOCHE 2013 | ESSEN

08.-10. OKTOBER 2013

Inhalt

2

Einleitung:

Beobachtungsgleichungen

Ionosphärenmodellierung

Multilayer Model:

Definition

Parameter

Resultate

Zusammenfassung und Ausblick

Source: badaget.de

GEODÄTISCHE WOCHE 2013 IONOSPHÄRISCHE KORREKTUR VON GNSS-EINFREQUENZDATEN MITTELS MULTILAYER MODELL

Code: ε)αc(αΔΔ)Δttc(ρP E

SIonTropS

E

ελbΔΔ)Δttc(ρL S

E

IonTropS

E Phase:

Source: RA-PPP Midterm Report

3

Ionisierung beeinflusst elektromagnetische Wellen frequenzabhängig → dispersives Medium

0e dsNTECTotal Electron Content (1 TECU = 1016 Elektronen / m²)

ρ … Geometrische Distanz von Satellit S zu Empfänger E

ΔtS … Satellitenuhrfehler

ΔtE … Empfängeruhrfehler

ε … Messfehler

ΔTrop … Troposphärische Streckenkorrektur

ΔIon … Ionosphärische Streckenkorrektur

αE, αS … Differential Code Biases (DCBs)

bES … Non-integer Ambiguity-Parameter, Phase-Bias


Beobachtungsgleichungen

Geometriefreie Linearkombination P4:

4

2

L2

2

L1

f

f1γ

GLEICHUNG NUR ABHÄNGIG VON STEC UND DCBS

ELIMINIERT

Geometrischer

Term

Frequenz-

abhängige

Effekte

)DCB(DCBc IonoγP2P1P4 E

S



Für die Modellierung des Multilayer

Models wurden nur Code-

Messungen herangezogen

Projektionsfunktion:

Geometriefreie Linearkombination P4:

5

)DCB(DCBc IonoγP2P1P4 E

S 2

L2

2

L1

f

f1γ

γ

)DCB(DCBcP2P1Iono E

S

STECIono 2

16

f

1040.3

γ

)DCB(DCBcP2P1STEC E

S

VTECMSTEC

2

(z)shR

R-1

1M

in



6

Erde: TECmax = 52 TECU

Österreich: TECmax = 25 TECU

CODE TEC

Maps


Ionosphärenaktivität (5. Juni 2011)

EPOSA Referenz-Netzwerk:

Landesweiter RTK-Dienst Anbieter Ca. 40 Stationen (mittlerer Stationsabstand: 70 km)

liefert GNSS (GPS + GLONASS) Beobachtungen für regionale Ionosphärenmodellierung (RINEX Format)

7

Source: Eposa


Beobachtungsdaten

F2-Layer (300 – 450 km): unterteilt in 9 Layer

150km

180300km)(hsinA[TECU]f ii

A … Amplitude [TECU]

Amplitude

Ionosphärenmaximum

8

Chapman Profile:

Derzeit nicht genutzt – mit dem

Multilayer Model sollen möglichst

genaue GNSS Signalkorrekturen

berechnet werden – derzeit wird

keine Rücksicht auf physikalische


genommen

Zukunft: Implementierung für

eine realistische Repräsentation der

Ionosphäre

Elektronenmaximum Nemax:

Fixe Höhe hmax = 375 km (nicht variabel)


Multilayer Model

VTEC-Maximum: Ca. 2 Stunden Verzögerung zum Sonnensubpunkt (= Amplitude A) Gewichtsfunktion qi: Reduktion des VTEC mit wachsender Entfernung zum Maximum

Länge Breite

2

2

1

1

lat

lat

lat

d

sq

i

i

2

2

1

1

lon

lon

lon

d

sq

i

i

ii lonlati qqq

slat/slon … Entfernung zwischen Subionosphärenpunkt und VTEC

Maximum

9

ii qAfVTEC )(


Amplitude und Gewichtsfunktionen

10 GEODÄTISCHE WOCHE 2013 IONOSPHÄRISCHE KORREKTUR VON GNSS-EINFREQUENZDATEN MITTELS MULTILAYER MODELL

DCB Berechnung Differential Code Bias

STEC CODE Maps

“STEC” Multilayer Model

(Berechnung ohne Stations-DCBs) Ionosphäre

Differenz = Stations-DCBs

Kleinste-Quadrate-Ausgleichung über alle

beobachteten Satelliten über 1 Woche

Differenzen innerhalb von ± 2 TECU

11

5. Juni 2011


Vergleich mit CODE TEC Maps Center for Orbit Determination in Europe

Differenzen: Offset +2 TECU,

Standardabweichung: ± 2 TECU


Vergleich mit NTCM TEC Maps

5. Juni 2011

Neustrelitz TEC Model

IRI 2012 unterschätzt den TEC besonders in den Mittagsstunden,

das Modell beruht allerdings nur zu einem geringen Prozentsatz auf GNSS Beobachtungen

13

5. Juni 2011


Vergleich mit IRI 2012 International Reference Ionosphere

14

252 km

106 km

121 km

Berechnung der Koordinatenlösungen mit der Software NAPEOS (NAvigation Package for Earth Observation Satellites)

5./6. Juni 2011, 24 Stunden: Referenz: L5/L3 LC L1: Kein Ionosphärenmodell L1: CODE Modell L1: Multilayer Modell L1: NTCM Modell L1: IRI 2012 Modell


Regionales Einfrequenz-Netzwerk

Source: Eposa

15

0 50 100 150 200 250 300

Basislinienlänge[km]

Basislinienlänge

MATT-SALZ

MATT-LEOB

MATT-AMST

Bei Phasenmessungen


Basislinienlänge (6. Juni 2011)

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

MATT-AMST MATT-LEOB MATT-SALZ

pp

m

Basislinien ppm

Kein Ionosphärenmodell

CODE

Multilayer

NTCM

IRI 2012

16

Ionosphärische Korrektur: Stationskoordinaten MATT fixiert Wirkt wie Maßstab Beeinflusst hauptsächlich die Längen-

komponente (große Ost-West aber geringe Nord-Süd Ausdehnung des Netzes)

Höhe: Referenzhöhe MATT fixiert, daher Maßstabswirkung nur auf Stationshöhenunterschied


Positionsgenauigkeit 5. Juni 2011

-100

-50

0

50

100

AMST LEOB SALZ

Δ L

änge

[m

m]

Länge

-100

-50

0

50

100

AMST LEOB SALZ

Δ B

reit

e [

mm

]

Breite

-100

-50

0

50

100

AMST LEOB SALZ

Δ H

öh

e [

mm

]

Höhe


Positionsgenauigkeit 6. Juni 2011

-50

0

50

100

150

AMST LEOB SALZ

Δ B

reit

e [

mm

]

Breite

-50

0

50

100

150

AMST LEOB SALZ

Δ L

änge

[m

m]

Länge

-50

0

50

100

150

AMST LEOB SALZ

Δ H

öh

e [

mm

]

Höhe Ionosphärische Korrektur: Stationskoordinaten MATT fixiert Wirkt wie Maßstab Beeinflusst hauptsächlich die Längen-

komponente (große Ost-West aber geringe Nord-Süd Ausdehnung des Netzes)

Höhe: Referenzhöhe MATT fixiert, daher Maßstabswirkung nur auf Stationshöhenunterschied

Positionierungsgenauigkeit in einem GNSS-Einfrequenznetzwerk vergleichbar zu bewährten

Modellen (CODE): Residuen innerhalb weniger Zentimeter

Große Abweichungen zu IRI 2012 (zeigt gute Performance bei Koordinatenbestimmung)

Wenige Eingangsparameter: Einfache Prädiktion über einige Stunden →

Echtzeitanwendungen (Single Point Positioning): Alternatives Korrekturmodell für

Einfrequenzempfänger

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Weitere Entwicklung des Multilayer Models (Phasenmodellierung):

Anzahl der Layer adaptieren

Modellierung des F2-Layers: Sinuskurve vs. Chapman Funktionen

Verwendung von Phasenbeobachtungen für die TEC-Modellierung

Verwendung des NmF2 (F2-peak electron density) Parameters von IRI

Variable Höhe der F2-Schicht

DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!


Zusammenfassung & Ausblick

Multilayer Model

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Vergleich der mittleren Positionierungs-genauigkeit ohne und mit Ionosphären-modell 24 Stunden (6. Juni 2011) Tag (10:00 – 14:00 UTC) Nacht (22:00 – 02:00 UTC)

Größere Differenzen am Tag wegen der höheren TEC-Werte


Differenz mit/ohne Ionosphärenmodell

(6. Juni 2011)

0

10

20

30

40

50

60

70

24 h Tag Nacht

Δ B

reit

e [

mm

]

Breite

CODE

Multilayer

NTCM

IRI

0

10

20

30

40

50

60

70

24 h Tag Nacht

Δ L

änge

[m

m]

Länge

CODE

Multilayer

NTCM

IRI

0

10

20

30

40

50

60

70

24 h Tag Nacht

Δ H

öh

e [

mm

]

Höhe

CODE

Multilayer

NTCM

IRI

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I K VON GNSS- E MITTELS M - GW17 · Frequenz- abhängige Effekte P4 P1 P2 Iono c (DCB S DCB E) ... Folie 1 Author: Magnet Created Date: 10/11/2013 3:07:01 PM