У наших попередніх статтях із серії «Опанування точності» ми розгляві GNSS, джерела похибок та те, як RTK нівелює їх, припускаючи, що базовий та рухомий приймачі розташовані досить близько один до одного, аби атмосферні похибки можна було усунути за допомогою обчислень методом подвійних різниць. Однак атмосферні шари часто бувають неоднорідними, тому цей метод може не повністю усунути похибки, що призводить до зниження точності.
Що таке іоносфера і як вона впливає на GNSS
Іоносфера є важливою складовою верхніх шарів атмосфери Землі, яка розташована на висоті приблизно від 50 до 1 000 кілометрів над поверхнею Землі.
Сонячне випромінювання впливає на частинки в цьому шарі атмосфери, що призводить до появи вільних електронів та іонів (атомів, які набрали або втратили електрони). Ступінь іонізації залежить від висоти над рівнем моря, сонячної активності та часу доби.
Полярні сяйва є видимим наслідком іонізації верхніх шарів атмосфери. Що стосується радіочастотного зв'язку і зокрема передачі сигналів GNSS, ці заряджені частинки створюють затримки сигналів під час їх проходження через іоносферу. Оскільки робота GNSS принципово залежить від можливості враховувати час проходження сигналів, ці затримки справляють суттєвий вплив на точність GNSS.
У разі високої сонячної активності наслідки можуть бути ще серйознішими: іоносферне мерехтіння може погіршувати якість сигналів настільки, що вони стають непридатними для навігації. Сонячні бурі також можуть спричиняти постійні або тимчасові збої в роботі інфраструктури. Ось кілька прикладів:
- Березень 1989 року: після сонячної бурі були зафіксовані масштабні перебої з електропостачанням
- Липень 2000 року: перебої в роботі радіо та несправності супутників
- Лютий 2022 року: 40 супутників Starlink було знищено внаслідок сонячної бурі
Цикли та періодичність іоносфери
Рівень зарядженості іоносфери демонструє періодичні закономірності, на які впливають сонячна активність, сезонні коливання та добові зміни.
Сонячні цикли
Сонячний цикл — це цикл змін активності Сонця, тривалість якого становить приблизно 11 років. Цей цикл характеризується збільшенням і зменшенням кількості сонячних плям на поверхні Сонця. Сонячні плями — це тимчасові явища на Сонці, які виглядають як темні плями і пов’язані з інтенсивною магнітною активністю.
Сонячний цикл можна розділити на дві основні фази: мінімум сонячної активності та максимум сонячної активності. Під час мінімуму сонячної активності Сонце має менше сонячних плям, і його загальна активність є відносно низькою. У міру просування циклу до максимуму кількість сонячних плям збільшується разом із посиленням сонячної активності.
У періоди високої сонячної активності в іоносфері спостерігається підвищена густина електронів, що посилює ефект іоносферної затримки сигналів GNSS.
З 2020 року сонячна активність зростає, причому високу активність зафіксовано з другої половини 2022 року, а пік очікується у 2025 році. Така висока активність призводить до загального погіршення продуктивності GNSS і ускладнює отримання фіксації RTK.
Сезонні цикли
Сезонні зміни відіграють вирішальну роль у поведінці іоносфери. У північних широтах у весняні та осінні місяці зазвичай спостерігаються вищі рівні іонізації через посилення сонячної радіації, тоді як у літні та зимові місяці іонізація є нижчою.
Ці сезонні коливання по-різному впливають на сигнали GNSS, сприяючи загальній варіативності точності визначення місця положення.
Щоденні коливання
На добові коливання в іоносфері впливають обертання Землі та положення Сонця. У міру обертання Землі в різних регіонах спостерігаються різні рівні іонізації. На наведеному нижче графіку абревіатура TECU означає «одиницю загального вмісту електронів» (Total Electron Content Unit), яка характеризує активність іоносфери, а також пов’язана з додатковою затримкою, яку зазнають сигнали.
Місцезнаходження
Окрім вищезгаданих циклічних, сезонних та добових коливань, значний вплив на іоносферну активність має місцезнаходження на Землі. Середня іоносферна активність є вищою в районі геомагнітного екватора.
Типові приклади щоденної іоносферної активності у два різні дні
Вплив атмосферних похибок на RTK: сучасний стан справ
Залежно від технології, яка використовується в приймачі GNSS, вплив атмосферних похибок відрізняється.
RTK-приймачі початкового рівня зазвичай не в змозі впоратися з цим впливом, що може призвести до зниження частоти отримання RTK-координат або збільшення часу збіжності.
Висококласні (геодезичні) приймачі GNSS або двигуни пост-обробки можуть містити певний рівень пом'якшення впливу іоносфери, який може базуватися на двох основних методах:
- Спеціальна комбінація вимірювань під назвою «Iono Free», яка в деяких наукових публікаціях також позначається як L3.
- Оцінка іоносферних похибок із використанням спеціальних станів у навігаційному фільтрі
Обидва методи мають свої переваги та недоліки, але зазвичай супроводжуються значно більшим шумом та/або часом збіжності.
Зменшіть ці наслідки за допомогою технології Ionoshield
Для найкращої підтримки наших клієнтів ми розробили для Qinertia 4 революційну технологію для корекції ефектів високої іоносферної активності: Ionoshield.
Ionoshield використовує всю повноту можливостей PPK для забезпечення надійних сантиметрових RTK-фіксів навіть у складних умовах GNSS та за високої іоносферної активності. Ionoshield є алгоритмом пом'якшення атмосферних похибок. Він використовує спостереження на базі та на рухомому приймачі (ровірі) для визначення похибок, спричинених іоносферою та тропосферою.
Він використовує всі доступні частоти та супутникові угруповання для оцінки атмосферних похибок та їх компенсації. Інтелектуальна стратегія мінімізує час збіжності, тоді як пряма / зворотна / об'єднана обробка завершує процес, прагнучи досягти нульового часу збіжності навіть у складних умовах.
Нарешті, Ionoshield інтегрується з вбудованим алгоритмом RAIM для виявлення та виключення будь-яких несправних супутників через іоносферні проблеми, такі як мерехтіння (сцинтиляція).
Завдяки такому підходу Ionoshield дає значні переваги:
- Неперевершена здатність отримувати RTK-координати та забезпечувати точність на рівні сантиметрів
- Жодного додаткового шуму на відміну від інших методів обробки іоносфери, таких як іононезалежна комбінація
- Повністю використовує можливості сучасних багаточастотних приймачів для підвищення точності та надійності за допомогою повних констеляцій PPK на трьох частотах
- Працює навіть у наземних умовах (у міських умовах з низьким та середнім рівнем навантаження).
Щоб зробити Ionoshield максимально простим у використанні, Qinertia також містить опцію автоматичного вибору. Ця автоматична опція оцінює іоносферну активність перед вибором режиму обробки: PPK з однією базою, Ionoshield PPK або VBS. Для досвідчених користувачів також доступний ручний вибір режиму обробки.
Хоча Ionoshield пропонує величезні переваги, існують певні передумови:
– Принаймні двочастотний GNSS-приймач (бажано L1/L2), що є стандартним для всіх продуктів SBG Systems. Ionoshield також повною мірою використовує переваги тридіапазонного (L1/L2/L5) GNSS-приймача для підвищення точності!
– Тривалість запису логів та відкрите небо: Ionoshield може швидко збігатися. Проте в екстремальних умовах із високою іоносферною активністю та великою різницею між похибками, зафіксованими базою та рухомим приймачем (rover), Ionoshield може потребувати більше часу для збіжності.
Якщо ви зацікавлені в тестуванні того, як Ionoshield покращує ваші дані, зв'яжіться з нами.
