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.