У попередніх статтях серії «Опанування точності» ми розглядали GNSS, джерела похибок у ній, а також те, як технологія RTK дозволяє їх мінімізувати, виходячи з припущення, що базова станція та ровер знаходяться на достатньо близькій відстані, щоб усунути атмосферні похибки за допомогою обчислення подвійної різниці. Однак атмосферні шари часто є неоднорідними, тому цей метод може не повністю усунути похибки, що призводить до зниження точності.
Що таке іоносфера і як вона впливає на GNSS
Іоносфера — це важлива складова верхніх шарів атмосфери Землі, яка розташована на висоті приблизно від 50 до 1000 кілометрів над поверхнею Землі.
Сонячне випромінювання впливає на частинки в цьому шарі атмосфери, що призводить до утворення 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, а зокрема передачі GNSS , ці заряджені частинки спричиняють затримки сигналів під час їх проходження через іоносферу. А оскільки GNSS базується на врахуванні часу проходження сигналів, ці затримки мають значний вплив на GNSS .
У разі високої сонячної активності наслідки можуть бути ще більш серйозними: іоносферні мерехтіння можуть погіршувати якість сигналів настільки, що вони стають непридатними для навігації. Сонячні бурі також можуть спричиняти постійні або тимчасові збої в роботі інфраструктури. Ось декілька прикладів:
- Березень 1989 року: після сонячної бурі відбулися масштабні перебої в електропостачанні
- 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 характеризується періодичними коливаннями, 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, що виглядають як темні плями і пов’язані з інтенсивною магнітною активністю.
Сонячний цикл можна розділити на дві основні фази: сонячний мінімум і сонячний максимум. Під час сонячного мінімуму на Сонці спостерігається менше сонячних плям, а його загальна активність є відносно низькою. У міру наближення до сонячного максимуму кількість сонячних плям зростає, а сонячна активність посилюється.
У періоди високої сонячної активності в іоносфері спостерігається підвищення щільності електронів, що посилює ефект іоносферної затримки GNSS .
З 2020 року сонячна активність зростає, причому з другої половини 2022 року спостерігається її високий рівень; пік активності очікується у 2025 році. Ця висока активність призводить до загального погіршення GNSS і ускладнює отримання RTK-позиції.
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 нижча.
Ці сезонні коливання по-різному впливають на GNSS , що зумовлює загальну мінливість точності визначення координат.
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 згаданих вище циклічних, сезонних та добових коливань, велику роль у формуванні іоносферної активності відіграє місце розташування на Землі. Середня іоносферна активність вища в районі геомагнітного екватора.
Типові приклади щоденної іоносферної активності за два дні
Вплив атмосферних похибок на RTK: сучасний стан
Залежно від технології, що використовується в GNSS , вплив атмосферних похибок може відрізнятися.
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) GNSS або модулі постобробки можуть мати вбудовані засоби компенсації іоносферних ефектів певного рівня, що базуються 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 вищим рівнем шуму та/або довшим часом збіжності.
Зменшіть ці наслідки за допомогою технології Ionoshield
Щоб забезпечити найкращу підтримку наших клієнтів, ми розробили для Qinertia 4 революційну технологію для корекції впливу високої іоносферної активності: Ionoshield.
Ionoshield використовує весь потенціал PPK, щоб забезпечити надійні сантиметрові RTK-координати навіть у складних GNSS та при високій іоносферній активності. Ionoshield — це алгоритм зменшення атмосферних похибок. Він використовує спостереження на базовій станції та на ровері для визначення похибок, спричинених іоносферою та тропосферою.
Він використовує всі доступні частоти та сузір'я для оцінки атмосферних похибок та їх компенсації. Інтелектуальна стратегія мінімізує час збіжності, тоді як обробка вперед/назад/об'єднання завершує процес, спрямований на досягнення нульового часу збіжності навіть у складних умовах.
Нарешті, Ionoshield поєднується з вбудованим алгоритмом RAIM для виявлення та виключення будь-яких несправних супутників через іоносферні проблеми, такі як сцинтиляція.
Завдяки такому підходу Ionoshield забезпечує значні переваги:
- Неперевершена здатність отримувати RTK-координати та забезпечувати точність до сантиметра
- На відміну від інших методів іонообробки, таких як комбінація без іонів, не виникає додаткового шуму
- Повністю використовує можливості сучасних багаточастотних приймачів для підвищення точності та надійності за допомогою повних сузір’їв PPK на трьох частотах
- Працює навіть у наземних умовах (у міських районах з низькою та середньою інтенсивністю руху).
Щоб зробити Ionoshield максимально простим у використанні, Qinertia також інтегрувала опцію автоматичного вибору. Ця опція автоматично аналізує іоносферну активність перед тим, як вибрати режим обробки: однобазовий PPK, Ionoshield PPK або VBS. Для досвідчених користувачів також є можливість вибрати режим обробки вручну.
Хоча Ionoshield пропонує величезні переваги, існують деякі попередні умови:
– Принаймні двочастотний GNSS (бажано L1/L2), що є стандартним для всіх SBG Systems . Ionoshield також повною мірою використовує наявність тридіапазонного (L1/L2/L5) GNSS для підвищення точності!
– Тривалість реєстрації та відкрите небо: Ionoshield може швидко збігатися. Однак в екстремальних умовах, коли іоносферна активність висока, з великими розбіжностями між похибками, що спостерігаються базовою станцією та ровером, Ionoshield може потребувати більше часу для збіжності.
Якщо ви зацікавлені у тестуванні того, як Ionoshield покращує ваші дані, зв’яжіться з нами.
