前回の「精度を極める」では、GNSSとその誤差要因、そして二重差分計算によって大気の誤差を除去するためにベースとローバーが十分に近いと仮定することで、RTKがどのように誤差を軽減するかについて説明しました。しかし、大気層は不均質であることが多いため、この方法では誤差を完全に除去できず、精度が低下することがあります。
電離層とは何か、GNSSにどのような影響を与えるか
電離層は地球の上層大気の重要な構成要素であり、地表からおよそ50～1,000km上空に位置している。
太陽放射がこの大気層の粒子にぶつかり、自由電子とイオン（電子を獲得または失った原子）が存在する。イオン化の度合いは、高度、太陽活動、時間帯によって変化する。
極域オーロラは、この上層大気の電離の目に見える結果である。RF通信、特にGNSS信号の伝送に関して、これらの荷電粒子は電離層を通過する際に信号に遅延を生じさせる。GNSSは基本的に信号が伝わる時間を考慮できることに依存しているため、これらの遅延はGNSSの精度に大きな影響を与える。
電離層シンチレーションによって信号が劣化し、航行に使えなくなることもある。太陽嵐はまた、インフラに恒久的または一時的な障害を引き起こす可能性もある。以下にいくつかの例を挙げる：
- 1989年3月：太陽嵐後、大規模な停電が観測される
- 2000年7月：ラジオの停電、人工衛星の故障
- 2022年2月：スターリンク衛星40基が太陽嵐で破壊される
電離層のサイクルと周期性
電離層の電荷レベルは、太陽活動、季節変動、日変化などの影響を受けて周期的なパターンを示す。
太陽サイクル
太陽周期とは、太陽の活動が約11年周期で変化することを指す。この周期は、太陽表面の黒点の数の満ち欠けによって示される。黒点とは、太陽に黒い斑点として現れる一時的な現象で、激しい磁気活動に関連している。
太陽周期は、主に太陽極小期と太陽極大期の2つに分けられる。太陽極小期には、太陽の黒点の数が少なく、全体的な活動は比較的低い。周期が太陽極大期に向かって進むと、太陽活動の高まりとともに黒点の数が増える。
太陽活動が活発な時期には、電離層の電子密度が増加し、GNSS信号に対する電離層遅延効果が増幅される。
2020年以降、太陽活動は増加しており、2022年後半から高い活動が記録され、2025年にはピークに達すると予想されている。この高い活動は、全体的にGNSS性能の低下につながり、RTKフィックスの取得をより困難にする。
季節のサイクル
季節の変化は電離層の挙動に重要な役割を果たす。北半球の緯度では、一般的に春と秋は太陽放射の増加により電離レベルが高くなり、夏と冬は電離レベルが低くなる。
これらの季節変動はGNSS信号に異なる影響を与え、測位精度の全体的な変動の一因となっている。
日々の変動
電離層の日々の変化は、地球の自転と太陽の位置の影響を受けている。地球の自転に伴い、電離のレベルは地域によって異なります。下のプロットでは、TECUはTotal Electron Content Unitの略で、電離層の活動を特徴付けるとともに、信号が経験する余分な遅延にも関係している。
所在地
上記の周期的、季節的、日ごとの変動に加えて、地球上の位置が電離層活動に大きな影響を与える。平均的な電離層活動は、地磁気赤道付近で高くなる。
2つの日付における1日の電離層活動の典型例
大気誤差がRTKに与える影響：最新技術
GNSS受信機に使われている技術によって、大気誤差の影響は異なります。
エントリーレベルのRTKレシーバーは通常、この影響にあまり対応できず、RTKフィックスレートが低下したり、収束時間が長くなったりすることがあります。
より高いグレードの（測地）GNSS受信機または後処理エンジンは、2つの主要な技術に基づくことができる一定レベルの電離層緩和を埋め込むことができる：
- イオノフリーと呼ばれる特定の測定の組み合わせで、一部の科学論文ではL3とも呼ばれている。
- 航法フィルタの専用状態を利用した電離層誤差の推定
どちらの方法にも長所と短所があるが、通常、ノイズや収束時間がかなり大きくなる。
イオノシールド技術でこれらの影響を軽減する
お客様を最大限にサポートするために、私たちはQinertia 4のために、高い電離層活動の影響を補正する画期的な技術を開発しました：
Ionoshieldは、PPKのフルパワーを活用し、困難なGNSS条件や高い電離層活動においても、信頼性の高いセンチメトリックRTKフィックスソリューションを提供します。Ionoshieldは大気エラー軽減アルゴリズムです。これは、電離層と対流圏によってもたらされる誤差を決定するために、ベースとローバーの観測を使用します。
大気誤差を推定し、それらを補正するために、利用可能なすべての周波数とコンステレーションを使用します。
最後に、Ionoshieldは組み込まれたRAIMアルゴリズムと連動して、シンチレーションなどの電離層の問題による故障衛星を検出し、除外します。
このアプローチにより、Ionoshieldは大きな利点をもたらします：
- RTKフィックスとセンチメートル精度を達成する比類のない能力
- イオノフリーコンビネーションなどの他のイオノプロセッシング技術とは異なり、ノイズの付加がない
- 最新のマルチ周波数レシーバーを最大限に活用し、3つの周波数フルコンステレーションPPKを使用して精度とロバスト性を向上。
- 陸上用途（軽～中程度の都市環境）でも機能する。
Ionoshieldをできるだけ使いやすくするために、Qinertiaは自動選択オプションも統合しています。この自動選択オプションは、処理モード（シングルベースPPK、Ionoshield PPK、VBS）を選択する前に、電離層活動を評価します。
Ionoshieldは多大な利点を提供しますが、いくつかの前提条件があります。
-SBG Systems 全製品に搭載されている少なくとも2周波GNSS受信機（L1/L2が望ましい）。Ionoshieldはまた、精度を高めるためにトリプルバンド（L1/L2/L5）GNSS受信機の利用可能性を最大限に活用します！
- ログ期間とオープンスカイ：Ionoshieldは急速に収束します。しかし、電離層活動が高く、ベースとローバーで観測される誤差の差が大きい極端な条件では、Ionoshieldは収束に長い時間を必要とすることがあります。
Ionoshieldがどのようにデータを改善するかテストすることに興味がある場合は、お問い合わせください。