Як пом'якшити вплив іоносфери на позиціонування GNSS?

Глобальна навігаційна супутникова система, або GNSS, — це 24-годинна система позиціонування та визначення часу на основі штучних супутників, яка може надавати користувачам точні тривимірні координати, швидкість і час. Вимірювання глобальної GNSS системи позиціонування має певний ступінь похибки, оскільки сигнал GNSS надто крихкий, щоб на нього впливали джерела помилок, наприклад атмосферні фактори, серед яких іоносфера є важливим фактором, що впливає на GNSS вимірювання. У той час як фактори прямого впливу на атмосферу, сонячна активність, така як сонячні плями та спалахи, порушуватиме іоносферу неперіодично.

Що таке іоносфера?

Іоносфера зазвичай визначається як частково іонізована область атмосфери приблизно від 60 до 1000 кілометрів. Деякі люди також вважають іоносферою магнітосферу, повністю іонізовану атмосферу. В іоносфері міститься велика кількість вільних заряджених частинок та іонів, які можуть впливати на інтенсивність електромагнітних хвиль, що поширюються через іоносферу.

Як іоносфера впливає на вимірювання RTK?

Одна з найбільших похибок у GNSS вимірюванні пов’язана із затримкою в іоносфері, якщо кількість вільних електронів в іоносфері достатня для впливу на передачу GNSS сигналу. Ступінь впливу на систему GNSS визначається несучою частотою та концентрацією TEC (Total Electron Content - Загальний Вміст Електронів).

Помилка відстані, викликана іоносферною затримкою, зазвичай досягає 15 метрів вдень і 3 метри вночі, максимум 50 метрів у напрямку зеніту та 150 метрів у горизонталі. З точки зору відносного позиціонування, іоносферна кореляція сильна на короткій базовій лінії, і, як наслідок, іоносферну затримку можна значною мірою усунути; однак це залишає значні залишки у випадку більш довгих базових ліній, тому важко отримати точну неоднозначність цілого числа.

Іоносфера впливає на позиціонування RTK у наступних двох аспектах:

1. У разі інтенсивної іоносферної активності збільшення подвійної різниці неоднозначності, що підкреслило труднощі вирішення цілочисельної неоднозначності, подовжило фіксований час.
2. Коли іоносфера або геомагнетизм є аномальними, розрахункова атмосферна поправка до певної міри відхиляється від обчисленої. Оскільки попередні дослідження показали, що залишки іоносферних членів вищого порядку, що перевищують 8 см, негативно вплинуть на вирішення неоднозначності та оцінку координат.

Як геодезисти можуть пом’якшити іоносферний ефект?

1. Геодезисти повинні проводити спостереження у більш відповідний час, а не в несприятливих умовах, коли сонячні спалахи та сонячне випромінювання сильні, особливо для високоточних вимірювань. Як правило, чим сильніше сонячне світло, тим активніша іоносфера. Таким чином, іоносферний ефект досягає піку приблизно о 14:00, і геодезистам рекомендується уникати роботи опівдні.

З точки зору географії, іоносфера більш активна в низьких широтах, ніж у високих широтах.

Однак у більшості ситуацій іоносферний ефект є складним і мінливим, оскільки на нього також впливають такі фактори, як сонячна активність і геомагнітна активність. Користувачам рекомендується проводити вимірювання кілька разів, коли це трапляється.

2. Геодезистам пропонується проводити вимірювання з ультракороткою базовою лінією, коли іоносферний ефект активний, щоб забезпечити надійність результатів позиціонування, оскільки з точки зору принципу, RTK базується на поправках опорних станцій, які можуть усунути загальні помилки на роверному приймачі, тому іоносферну помилку неможливо усунути, якщо іоносфера Базової станції та Ровера значно відрізняється. Геодезисти можуть вибрати вимірювання з більшою базовою лінією або точками, які вимагають більшої точності вночі. Що стосується нових точок, то кращим способом буде організувати принаймні два спостереження в різні періоди для досягнення більш надійної точності.
3. У майбутньому геодезисти зможуть прийняти ефективний метод для усунення або корекції ефектів іоносфери, наприклад, PPP-RTK, який базується на абсолютному значенні корекції для станції, що транслює із супутникової бази, яка не покладається на базову станцію на землі.