Satelitní navigační systémy a ionosféra.
Josef Boška.Ústav fyziky atmosféry AVČR
Globální družicové polohové systémy: • GPS (USA)• GLONASS (Rusko)• GALILEO (EU civilní)• COMPASS • Regionální
(BEIDOU,IRNSS,QZSS).
Signály ze satelitů se šíří různými vrstvami atmosféry. Rychlost šíření se mění se změnami indexu lomu atmosféry. Ionosféra n<1, troposféra n>1. To má zásadní vliv na přesnost systémů.
Zdroje nepřesnosti satelitní navigace:
• Příčina Velikost• Efemeridy družic ± 2,1m• Družicové hodiny ± 2,1m• Ionosférická refrakce ± 4,0m• Troposférické refrakce ± 0,7m• Vícecestné šíření signálu ± 1,4m• Přijímač ± 0,5m
V důsledku existence volných elektronů je klíčovým parametrem pro navigaci TEC, což je obsah elektronů ve sloupci o ploše 1m2 z místa pozorování k satelitu:
Excesivní dráha pro grupové zpoždění, relevantní pro kódová měření
Excesivní dráha pro fázové zpoždění,relevantní pro měření fáze nosné vlny
Závislost ionosférického zpoždění na TEC a frekvenci signálu.
L2
L1
Variace TEC:• 11 letý cyklus sluneční aktivity• Roční variace (zimní anomálie)• 27 denní variace sluneční rotace• Silná denní variace • Regionální variace • Scintilace ionosféry:max. 20° okolo magnetického
rovníku,aurorální oblast
• Kratkodobé změny:• Geomagnetické bouře • TID events a pod.
Korekce ionosférické chyby GNSS pomocí modelů.
• Korekční modely předpovídají ionosferickou chybu bez měřených dat.
• Klobucharův model: nejstarší a nejpoužívanější model, sada osmi koefecientů polynomů vysílaných s navigačním signálem. Vytvořený pro jednofrekvenční pozorování na frekvenci L1. Jeho přesnost je ovšem pouze 50%.
Real time ionosferická korekce pro single frequency přijímače používající NeQuick model.
NeQuick 2 profily a TEC podél dráhy paprsku pro danný čas,místo a sluneční aktivitu. 900 vertikální profil aTEC.NeQuick model plánován pro použití v systému Galileo.
Geomagnetická bouře 29.10. – 1.11.2003 Kp 9 30.10. – 31.10.2003 (Dst –383).
Ionosferická bouře Říjen - Listopad 2003, kritická frekvence F2 vrstvy.
b)
c)
d)
Chilton
Juliusruh IRI
Athens
Juliusruh
-420
-350
-280
-210
-140
-70
0
Dst,
nT
0369
121518
NmF2
, 105
(cm
-3)
0369
121518
NmF2
, 105
(cm
-3)
28/10 29/10 30/10 31/10 01/11
Days
05
1015202530
NmF2
, 105
(cm
-3)
a)
Chilton IRI
Athens IRI
• Juliusruh (54.6N, 13.4E)• Chilton (51.5N, -1.3E)• Athens (38.0N, 23.6E)• IRI model data
Geomagnetická bouře 20.11. – 23.11.2003 Kp index (Dst –422).
Ionosférická bouře 20.11. – 23.11.2003
• Juliusruh (54.6N, 13.4E)• Chilton (51.5N, -1.3E)• Athens (38.0N, 23.6E)• IRI model data
b)
c)
d)
Chilton
Juliusruh IRI
Athens
Juliusruh
-450-400-350-300-250-200-150-100
-500
50
Dst,
nT
0369
121518
NmF2
, 105
(cm
-3)
0
5
10
15
20
NmF2
, 105
(cm
-3)
28/10 29/10 30/10 31/10 01/11
Days
0
5
10
15
20
25
NmF2
, 105
(cm
-3)
a)
Chilton IRI
Athens IRI
TEC listopad 2003.
TEC v průběhu ionosférických bouří listopad 2003.
19-21 November 2003
0
10
20
30
40
50
60
00:05 04:05 08:05 12:05 16:05 20:05 00:05 04:05 08:05 12:05 16:05 20:05 00:05 04:05 08:05 12:05 16:05 20:05
time (minutes UT)
TEC
(TEC
U)
Hailsham (0.3 E, 50.9N)
MATE
BRUS
NOT1
KIRU
TEC north poleNeustrelitz20.11.2003
Serie iononogramů pozorovaných na observatoři Průhonice v průběhu bouře 20.11.2003.
Ionosférické Scintilace.
Jicamarca radar
Scintilace jsou rychlé fluktuace amplitudy nebo fáze signálu GPS způsobené ionosférickými fluktuacemi.Zdroje: rychlé variace TEC nebo v troposféře např. variace vodních par.