APLIKACYJNE WYKORZYSTANIE SIECI STACJI …...Pozycjonowanie względne na podstawie 5-minutowych...

APLIKACYJNE WYKORZYSTANIE SIECI

STACJI REFERENCYJNYCH GNSS

Jarosław Bosy, Paweł Wielgosz,

Witold Rohm, Jacek Paziewski, Jan Kapłon, Anna Krypiak-Gregorczyk

Katarzyna Stępniak, Tomasz Hadaś, Karina Wilgan, Jan Sierny, Marta

Krukowska, Paweł Hordyniec

Seminarium „Realizacja Osnów Geodezyjnych a Problemy Geodynamiki”, Grybów, 25 – 29 września 2014

Participants The GNSS & Meteorology group of the Wroclaw University

of Environmental and Life Sciences (WUELS)

http://www.igig.up.wroc.pl/igg/

Jarosław Bosy, Witold Rohm, Jan Kapłon, Tomasz Hadaś,

Karina Wilgan, Jan Sierny, Paweł Hordyniec

Advanced Methods for Satellite Positioning Laboratory

of the University of Warmia and Mazury in Olsztyn (UWM)

http://www.uwm.edu.pl/zmps/en/

Paweł Wielgosz, Jacek Paziewski, Anna Krypiak-Gregorczyk,

Katarzyna Stępniak, Marta Krukowska





Aktualne zadania badawcze

• Integracja danych z różnych systemów GNSS

• Wykorzystanie nowych cywilnych sygnałów GPS oraz serwisów IGS-RTS

• Analizy dokładności modeli centrów fazowych anten GNSS

• Modelowanie jonosfery

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji

Integracja danych z różnych systemów GNSS


Badania nad Inter System Bias (ISB)

Ścisła integracja obserwacji z systemów GPS i Galileo wymaga uwzględnienia różnic w: • systemach czasu;

• układach odniesienia;

• międzysystemowych opóźnieniach sprzętowych odbiornika - inter-system bias ISB.

UWM - Eksperyment I


• Dane obserwacyjne:

Data: 16.06.2013r. 1:20-7:00 UTC oraz 25.07.2014r. 15:00 -21:00 UTC;

Odbiorniki GNSS : Javad Alpha (2x), Javad Sigma, Leica GR25;

ZERO-baseline;

Śledzone Galileo IOV : E11, E12 w 2013 oraz E11, E12, E19 w 2014;

Częstotliwość : L1/E1;

Rozwiązanie z pojedynczej epoki obserwacyjnej;

Orbity: IGS, TUM.

Javad Alpha

#1 Javad Alpha

#2

Javad Sigma Leica GR25

UWM - Eksperyment I Badane: wielkość ISB, stabilność w trakcie sesji oraz długookresowa stabilność


Schemat podłączenia odbiorników GNSS

Odbiorniki Rok

ISB dla obserwacji fazowych [cycle] ISB dla obserwacji kodowych [m]

średnia odchylenie

standardowe średnia

odchylenie

standardowe

Javad ALPHA#1

Javad ALPHA#2

‘2013 0.00 0.004 -0.05 0.34

‘2014 0.00 0.003 -0.07 0.34

Javad ALPHA#1

Javad SIGMA

‘2013 -0.02 0.009 -0.16 0.41

‘2014 -0.01 0.008 -0.40 0.41

Javad ALPHA#1

Leica GR25

‘2013 -0.50 0.010 -16.91 0.32

‘2014 -0.50 0.008 -17.00 0.31

Javad ALPHA#2

Leica GR25

‘2013 -0.50 0.010 -16.86 0.34

‘2014 -0.50 0.008 -16.93 0.31

Javad ALPHA#2

Javad SIGMA

‘2013 -0.02 0.009 -0.11 0.44

‘2014 -0.01 0.007 -0.33 0.41

Javad SIGMA

Leica GR25

‘2013 -0.48 0.012 -16.76 0.31

‘2014 -0.49 0.009 -16.60 0.35

Statystyki wyznaczeń fazowych i kodowych międzysystemowych GPS-Galileo opóźnień sprzętowych

odbiorników dla częstotliwości L1/E1

UWM - Eksperyment I


15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00-6

-4

-2

0

2

4

UTC

pseudora

nge IS

B [m

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Gal.

ele

vatio

n [deg]

mean pseudorange ISB = -0.07 m

std pseudorange ISB = 0.34 m

PRN E11

PRN E19PRN E12

15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00-22

-20

-18

-16

-14

-12

UTC

pseudora

nge IS

B [m

]

mean pseudorange ISB = -16.60 m

std pseudorange ISB = 0.35 m

15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00-0.5

-0.25

0

0.25

0.5

UTC

phase IS

B [cycle

]

mean phase ISB =-0.001 cycle

std phase ISB =0.003 cycle

Javad Alpha#1- Javad Alpha#2

15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00-0.75

-0.5

-0.25

0

0.25

UTC

phase IS

B [cycle

]

mean phase ISB =-0.493 cycle

std phase ISB =0.009 cycle

Javad Sigma - Leica GR25

UWM - Eksperyment I


ISB dla analizowanych par odbiorników

• Dwie metody zostały poddane analizie:

1. Uwzględnienie dodatkowych parametrów w wyrównaniu obserwacji dla fazowych i

kodowych ISB (estymacja).

2. Korekcja obserwacji poprzez wprowadzenie znanych - wyznaczonych wcześniej fazowych i

kodowych opóźnień sprzętowych.

• Analizowane parametry jakości rozwiązania nieoznaczoności:

Time-to-Fix (TF);

Ambiguity Resolution Success Rate (AS);

Ambiguity Validation Failure Rate (AF);

Udział sesji prawidłowo rozwiązanych w pierwszej epoce(1epF).


UWM - Eksperyment II

Badane: wpływ metody uwzględnienia ISB na wiarygodność rozwiązania nieoznaczoności

• Dane obserwacyjne:

Stacje permanentne UNB;

Data: 17.12.2012r. 4:00-9:00 GPST;

Częstotliwość: L1/E1;

Algorytm rozwiązania nieoznaczoności:

LAMBDA;

Walidacja rozwiązania nieoznaczoności:

W-ratio;

Długość wektora: 19 m;

Odbiornik referencyjny: Trimble;

Rover: Javad, Septentrio

Anteny: TRM55971.00 (Septentrio, JAVAD),

TRM57971.00 (Trimble);

Pozycjonowanie względne na podstawie

5-minutowych sesji obserwacyjnych

z 30-sekundowym interwałem.

Septentrio POLARX-S Javad DELTA Trimble NETR9

19m



Schemat podłączenia odbiorników GNSS

Wektor Strategia

obliczeniowa

1epF

[%]

TF

# ep.

AS

[%]

AF

[%]

Trimble - Javad Estymacja 76.7 1.30 86.7 0

Korekcja 93.3 1.07 100 0

Trimble - Septentrio Estymacja 98.3 1.20 100 0

Korekcja 100 1.00 100 0

• W każdym przypadku wprowadzenie znanych wartości ISB daje lepsze rezultaty niż estymacja dodatkowego parametru.



Statystyki rozwiązań pozycji

• Wartości sprzętowych opóźnień międzysystemowych GPS-Galileo są stabilne zarówno czasie sesji obserwacyjnej jak również wykazują dużą powtarzalność pomiędzy eksperymentami przeprowadzonymi z interwałem ok 1,5 roku.

• Wykorzystanie odbiorników tego samego typu skutkuje brakiem występowania ISB.

• Przy wykorzystaniu odbiorników różnych producentów wpływ ISB jest istotny i nie może zostać pominięty.

• Wprowadzenie znanych wartości ISB w modelu pozycjonowania daje lepsze rezultaty niż estymacja ISB jako dodatkowego parametru.

UWM - Eksperyment I i II: wnioski


Wykorzystanie nowych cywilnych sygnałów GPS oraz serwisu IGS - RTS


L2C L5

• 13 satelitów operacyjnych (na 25 czerwiec 2014r.) • pełna operacyjność planowana na 2018 r.

• 6 satelitów operacyjnych (na 25 czerwiec 2014r.) • pełna operacyjność planowana na 2021 r.

• nadawany w paśmie ogólnym RNSS (Radio

Navigation Satellite Services)

• modulacja sygnału za pomocą techniki BPSK

(Bi-Phase Shift Key)

• większa moc w stosunku do sygnału kodowego

nadawanego na L1, co poprawi odbiór sygnału

w trudnych warunkach obserwacyjnych (pod

drzewami, wewnątrz pomieszczeń)

• pozwala na tworzenie kombinacji liniowych

z sygnałem kodowy nadawanym na L1 (C1)

• pozwala na szybsza akwizycję sygnału

• nadawany w paśmie chronionym ARNS

(Aeronautical Radio Navigation Services)

• modulacja sygnału za pomocą techniki BPSK

(Bi-Phase Shift Key)

• większa moc sygnału niż sygnału kodowego

nadawanego na L1 i sygnału L2C, co jeszcze bardziej

poprawi odbiór sygnału w trudnych warunkach

obserwacyjnych (pod drzewami oraz wewnątrz

pomieszczeń)

• pozwala na tworzenie kombinacji liniowych

z sygnałami C1 i L2C

• większa odporność na zakłócenia

• przewidziany jako sygnał do zastosowań cywilnych,

m.in. „safety-of-life”

Wybrane właściwości nowych sygnałów GPS

Nowe sygnały GPS


• Opracowanie danych testowych:

stacja testowa: POTS (Poczdam);

długość sesji: 23h;

interwał: 180s;

stan jonosfery: spokojna, ∑Kp 4+;

użyty sygnał: C1;

eliminacja refrakcji jonosferycznej:

bez eliminowania wpływu jonosfery;

użycie modelu CODE predicted (IONO);

zastosowanie międzyczęstotliwościowych opóźnień sprzętowych (DCB) wyznaczonych dla satelitów:

bez użycia opóźnień sprzętowych;

z użyciem opóźnień sprzętowych (DCB);

orbity:

orbita nawigacyjnej (NAV);

orbita precyzyjnej (SP3).

Wstępne badania


C1 + NAV C1 + NAV + DCBC1P1 C1 + NAV + DCBC1P1 + IONO

C1 + SP3 C1 + SP3 + DCBC1P1/P1P2 C1 + SP3 + DCBC1P1/P1P2 + IONO

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

dE [m]

dN

[m

]

66.52% < 1m

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

dE [m]

dN

[m

]

68.91% < 1m

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

dE [m]

dN

[m

]

68.26% < 1m

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

dE [m]

dN

[m

]

2.83% < 1m

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

dE [m]

dN

[m

]

83.70% < 1m

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

dE [m]

dN

[m

]

97.17% < 1m

Odchyłki współrzędnych poziomych otrzymane przy użyciu różnych wariantów obliczeń

Wyniki wstępnych badań


• Prawidłowo zastosowana orbita precyzyjna znacząco poprawia dokładność rozwiązania pozycji.

• Wpływ na dokładność rozwiązania ma także użycie do obliczeń modeli opóźnienia jonosferycznego.

• Przy optymalnym wariancie obliczeń, dla sygnału C1 w ponad 97% przypadków otrzymano odchyłkę od pozycji referencyjnej (dla współrzędnych poziomych) mniejszą niż 1m.

Wnioski



Badania dokładności modeli centrów fazowych anten GNSS

Antena

referencyjna

•3x24h

Antena 1

•3x24h

Antena 2

•3x24h

Antena 3

•3x24h

Antena referencyjna

•3x24h

…

•…

Schemat pomiaru

Metoda pomiaru

Baza kalibracyjna o długości 24 m


-4 -2 0 2 4-4

-2

0

2

4

ASH700936F C SNOW S/N 155

dN

[m

m]

dE [mm]

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43-4

-2

0

2

4

ASH700936F C SNOW S/N 155

dU

[mm

]

session no

Odchyłki współrzędnych NEU otrzymane na podstawie pomiarów anteną referencyjną – ASH700936F_C SNOW (kalibracje IGS).

Odchyłki współrzędnych NEU otrzymane na podstawie pomiarów anteną ASH700700.A

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ASH700700.A NONE No 1

dN

[m

m]

dE [mm]

Model IGS

Model NGS1 2 3 1 2 3

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ASH700700.A NONE No 1

dU

[m

m]

nr sesji

IGS

NGS

Centra fazowe Badanie dokładności modeli centrów fazowych anten GPS z uwzględnieniem rodzaju kalibracji


Antenna S/N origin Type1 NoA/

NoC2 Azi3

All values are given in [mm]

dN dE dU STD N STD E STD U

ASH701945E_M SNOW 4004 IGS R 1/6 y -0.33 -0.02 -0.19 0.06 0.10 0.23

NGS R 1/6 n -0.32 -0.02 -0.46 0.06 0.10 0.26

AOAD/M_T 263 IGS R 2/62 y 1.08 -0.59 -0.46 0.06 0.06 0.17

NGS R 2/62 n 1.08 -0.59 -0.69 0.06 0.06 0.12

LEIAX1202GG 747958 IGS R 14/28 y 0.91 -0.59 0.71 0.10 0.06 0.15

NGS R 14/28 n 0.91 -0.59 1.04 0.10 0.06 0.20

ASH700228D 2160 IGS R 4/21 y 2.50 -2.40 -0.77 0.76 0.52 1.76

NGS R 4/21 n 2.63 -2.37 1.13 0.70 0.49 1.76

LEIAX1202GG rot. 180º 747958 IGS R 14/28 y -3.37 0.70 0.77 0.15 0.17 0.35

NGS R 14/28 n -3.37 0.70 1.07 0.15 0.17 0.35

ASH700228D 700328 IGS R 4/21 y 1.30 0.10 -0.77 1.23 1.25 0.64

NGS R 4/21 n 1.43 0.10 1.20 1.29 1.25 0.61

JAV_GRANT-G3T 460 IGS R 5/10 y 1.24 -2.06 2.01 0.06 0.12 0.15

NGS R 5/10 n 1.14 -2.06 3.64 0.06 0.12 0.10

TRMR8_GNSS3 6608 IGS R 5/10 y 1.47 -0.72 -2.19 0.21 0.17 0.42

NGS R 5/10 n 1.38 -0.72 0.41 0.31 0.17 0.42

TRMR8_GNSS3 6614 IGS R 5/10 y 0.11 -1.42 -2.36 0.14 0.00 0.28

NGS R 5/10 n 0.01 -1.42 0.44 0.14 0.00 0.28

TRMR8_GNSS3 6618 IGS R 5/10 y 1.11 -1.46 -2.36 0.36 0.15 0.46

NGS R 5/10 n 1.01 -1.46 0.38 0.27 0.15 0.57

Centra fazowe


1 Calibration type: R – robot Geo++ GmbH; CN – Field NGS, converted from relative NGS antenna calibrations; 2 NoA/NoC: Number of Calibrated Antennas / Number of Individual Calibrations; 3 Azi: (y) – AZImuth dependent phase pattern values available; (n) – not available; 4 x – data not available.

Wyniki testów polowych 1/3


NoC2 Azi3



ASH111661 5730 IGS x x4 x x x x x x x

NGS CN 3/x n -0.66 -1.96 2.58 0.06 0.06 0.31

TPSHIPER_PLUS 343-0843 IGS CN 3/x n 0.78 -3.45 -2.92 0.06 0.12 0.06

NGS CN 3/x n 0.74 -3.46 -3.16 0.06 0.12 0.10


NGS CN 3/x n -1.87 -3.23 -3.23 0.17 0.12 0.15

JAV_GRANT-G3T rot. 180º 460 IGS R 5/10 y -1.93 -2.23 3.40 0.12 0.06 0.70

NGS R 5/10 n -2.07 -2.23 5.00 0.06 0.06 0.70

ASH700228D 1508 IGS R 4/21 y -0.53 2.37 3.57 0.25 1.78 2.18

NGS R 4/21 n -0.40 2.40 5.50 0.30 1.84 2.16


NGS CN 3/x n 1.41 -2.02 -4.09 0.10 0.10 0.15

ASH701975.01A 8055 IGS CN 3/x n 2.53 -0.53 4.03 0.25 0.15 0.50

NGS CN 3/x n 2.23 -0.10 1.87 0.25 0.10 0.61

ASH701975.01A 5668 IGS CN 3/x n 4.43 -2. 70 4.27 0.31 0.20 1.19

NGS CN 3/x n 4.13 -2.40 1.60 0.31 0.10 0.53

ASH701975.01A 8286 IGS CN 3/x n 3.37 -1.00 4.40 0.06 0.00 0.26

NGS CN 3/x n 3.03 -0.60 2.43 0.06 0.00 0.23

ASH701975.01A 8285 IGS CN 3/x n 2.50 -0.43 4.87 0.00 0.06 0.64

NGS CN 3/x n 2.17 -0.03 2.40 0.06 0.06 0.62

ASH701975.01A 5679 IGS CN 3/x n 2.47 -1.20 5.10 0.15 0.10 0.40

NGS CN 3/x n 2.17 -0.77 2.70 0.15 0.12 0.35

ASH701975.01A 8059 IGS CN 3/x n 1.73 -0.50 5.53 0.06 0.00 0.49

NGS CN 3/x n 1.37 -0.10 3.50 0.12 0.00 0.44



Centra fazowe Wyniki testów polowych 2/3


NoC2 Azi3



ASH701975.01A rot. 180º 5679 IGS CN 3/x n 4.45 7.50 6.15 0.07 0.14 0.49

NGS CN 3/x n 4.10 7.90 3.80 0.10 0.10 0.46

ASH700718B 13305 IGS R 8/22 y -0.63 0.27 7.87 0.06 0.06 0.23

NGS R 8/22 n -0.83 0.20 1.07 0.06 0.10 0.23

ASH700700.A 1 IGS CN 2/x n -3.42 -0.82 9.44 0.15 0.10 0.30

NGS CN 2/x n -3.39 -0.82 9.34 0.20 0.10 0.30

ASH700700.A 2 IGS CN 2/x n -4.02 -0.29 10.41 0.06 0.12 0.35

NGS CN 2/x n -3.99 -0.29 10.28 0.10 0.12 0.31

AERAT2775_43 5645 IGS CN 3/x n -1.02 5.02 -16.98 0.10 0.05 0.10

NGS CN 3/x n -1.10 5.02 -13.20 0.14 0.05 0.08

AERAT2775_43 5645 IGS CN 3/x n -1.33 5.23 -18.13 0.06 0.06 0.42

NGS CN 3/x n -1.40 5.23 -14.37 0.00 0.06 0.38

JNSMARANT_GGD 1791 IGS CN 3/x n -2.37 0.63 -23.50 0.06 0.12 0.20

NGS CN 3/x n -2.37 0.60 -23.07 0.06 0.10 0.15

JNSMARANT_GGD 1 IGS CN 3/x n 0.21 -1.09 -24.26 0.00 0.06 0.10

NGS CN 3/x n 0.21 -1.12 -23.79 0.00 0.00 0.06

JAV_TRIUMPH-1 517 IGS x x x x x x x x x

NGS CN 3/x n 0.63 0.13 -25.9 0.47 0.23 0.17

AERAT1675_382 5037 IGS x x x x x x x x x

NGS CN 3/x n 2.51 -3.32 -1.56 0.10 0.10 0.20



Wyniki testów polowych 3/3

Centra fazowe

• Przeprowadzone pierwsze testy potwierdziły występowanie problemu dokładności modeli PCV wykorzystywanych w precyzyjnych pomiarach satelitarnych.

• Dokładność modeli centrów fazowych anten GNSS przeliczanych z kalibracji absolutnych jest często niezadowalająca.

Wnioski



Modelowanie jonosfery



Strona www serwisu monitorowania jonosfery nad Polską



0 10 E 20 E 30

E 40

E

40 N

50 N

60 N

30 E

40 E

40 N

50 N

60 N

0 10 E 20 E

ASG-EUPOS + EPN ASG-EUPOS + EPN + LITPOS + LATPOS

Włączenie danych ze stacji zagranicznych – LATPOS + LITPOS

Porównanie rozmieszczenia stacji ASG-EUPO, EPN, LITPOS i LATPOS



Błąd kolokacji najmniejszych kwadratów wynikający z estymowanego błędu a priori i rozmieszczenia danych


• Włączenie dodatkowych obserwacji ze stacji LATPOS i LITPOS poprawia kompletność i dokładność map jonosfery.

• Planowane jest włączenie danych konstelacji GLONASS i Galielo oraz rozszerzenie modelu na obszar Europy.

Wnioski

Główne zadania badawcze

1. System estymacji TD z obserwacji GNSS – model IGGHZ-G;

2. System estymacji TD z naziemnych obserwacji meteorologicznych – model IGGHZ-M;

3. Integracja modeli troposfery uzyskanych z danych GNSS i meteorologicznych z Numerycznymi Modelami Prognozy Pogody;

4. Doskonalenia metod pozycjonowania satelitarnego GNSS w czasie rzeczywistym GNSS-WARP - autorskie oprogramowanie PPP;

System estymacji TD z obserwacji GNSS – model IGGHZ-G

Model IGGHZ-G - System estymacji ZTD z obserwacji GNSS

Model stanu atmosfery w IGiG

E-GVAP: EUMETNET EIG GNSS Water VApor Programme http://egvap.dmi.dk IGiG udostępnia dane ZTD dla ~120 stacji od kwietnia 2012.

http://egvap.dmi.dk/

E-GVAP - The EUMETNET EIG GNSS water vapour programme

Zewnętrzna weryfikacja ZTD i poprawa systemu

(ZTD) 10 mm ~ (IWV) 1-2 kg/m2

Bosy J., Kapłon J., Rohm W., Sierny J., Wilgan K., Hadaś T, Kroszczyński K. (2013): „Zintegrowany model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych”. Konferencja Sekcji Geodezji Satelitarnej Komitetu Badań Kosmicznych i Satelitarnych Polskiej Akademii Nauk "Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji", Kraków, 24-27.09.2013

Zewnętrzna weryfikacja ZTD i poprawa systemu

Bosy J., Kapłon J., Rohm W., Sierny J., Wilgan K., Hadaś T, Kroszczyński K. (2013): „Zintegrowany model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych”. Konferencja Sekcji Geodezji Satelitarnej Komitetu Badań Kosmicznych i Satelitarnych Polskiej Akademii Nauk "Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji", Kraków, 24-27.09.2013

Statystyka porównania rozwiązań ZTD NRT – IGGHZG oraz WAT Rapid. Prostokąt oznacza odchylenie standardowe ZTD, linia przerywana zakres uzyskanych wartości

Okno 1-no godzinne Okno 12-to godzinne

Porównanie do: EPN combined WAT Rapid EPN combined WAT Rapid

Okres

obserwacji 2012 095 - 2012 225

2012

(335-350)

2012 335 -

2013 019

Przesunięcie

(bias) -0.2 0.5 -4.6 -4.8

Odchylenie

standardowe 13.5 16.7 4.8 6.3

Model IGGHZ-G - Ocena dokładności

Model IGGHZ-G - Porównanie IWV z modelami COAMPS i HIRLAM

Model IGGHZ-G

http://www.igig.up.wroc.pl/igg/?menu=GNSS&submenu=Products

System estymacji TD z naziemnych obserwacji meteorologicznych – model IGGHZ-M

Model IGGHZ-M

Model IGGHZ-M

http://www.igig.up.wroc.pl/igg/?menu=METEO&submenu=Products

Rozkład 2D + T zawartości pary wodnej (IWV)

BOGIBOGO

BOR1

BPDL

BYDG

CFRM

CLIB

CPAR

DRES

GOPE

GWWL

JOZ2

JOZE

KATOKRA1

KRAW

LAMA

LDB2LODZ

POTS

REDZ

SASS

SWKI

USDL

WARN

WROC

WTZR -4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

[kg/m2]

BOGIBOGO

BOR1

BPDL

BYDG

CFRM

CLIB

CPAR

DRES

GOPE

GWWL

JOZ2JOZE

KATO

KRA1KRAW

LAMA

LDB2 LODZ

POTS

REDZSASS

SWKI

USDL

WARN

WROC

WTZR -4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

[kg/m2]

Visualization of 2D IWV distribution over Poland

Integracja modeli troposfery uzyskanych z danych GNSS i meteorologicznych z Numerycznymi Modelami Prognozy Pogody

Zintegrowany model stanu atmosfery w IGiG

Modele atmosfery - RMSE dla ciśnienia i temperatury

Błędy ZHD na stacjach ASG-EUPOS

ZTD (IGGHZ-G vs COAMPS)

ZTD (IGGHZ-G vs RS)

Radiosondaż minus GNSS-RO

Zakres Refrakcyjność Ciśnienie Temperatura No obs. 0 - 30km 0:04 (3:94) 1:11 (2:56) 0:12 (3:59) 646

Radiosondaż kryterium przestrzenne i czasowe

e, RH, T, p (AWS vs COAMPS)

e, T, p, ZTD (RS vs COAMPS)

Błędy PW na stacjach ASG-EUPOS

Zintegrowany model stanu atmosfery w IGiG

Tomografia (1): obserwacje syntetyczne

Obserwacje

Macierz planu

Niewiadome

dNSWD w

610

Rohm W., Bosy J. Local tomography troposphere model over mountains area Atmospheric Research, Vol. 93 No. 4, 2009, pp. 777-783

Tomografia (1): obserwacje syntetyczne

Rohm W., Bosy J. Local tomography troposphere model over mountains area Atmospheric Research, Vol. 93 No. 4, 2009, pp. 777-783

Tomografia (2): pierwsza implementacja

Macierz planu

sNSWD w

610

Dopasowanie równań ograniczających zmienność refrakcyjności w zależności od wysokości

Rohm W., Bosy J. The verification of GNSS tropospheric tomography model in a mountainous area Advances in Space Research, Vol. 47 No. 10, 2011, pp. 1721-1730

Rozwiązanie satysfakcjonujące dla pierwszej implementacji


(sf) Usuwanie wpływu troposfery poza modelem tomograficznym


Tomografia (3): model NRT

Dodanie do układu obserwacyjnego modelu zewnętrznego (zielony kolor)

Implementacja filtru Kalmana

Bosy J., Kapłon J., Rohm W., Sierny J., Hadaś T. Near real-time estimation of water vapour in the troposphere using ground GNSS and the meteorological data Annales Geophysicae, Vol. 30 No. , Göttingen, Germany 2012, pp. 1379-1391


Dodanie do układu obserwacyjnego modelu zewnętrznego (zielony kolor)

Implementacja filtru Kalmana

Zakres działania rozszerzony na obszar Polski



Redukcja szumów pomiarowych konieczna – duża czułość na błędy przypadkowe i systematyczne w obserwacjach


Tomografia (4): RKF

vNo

N

AA

AA

w

w

outeraprioriapriori

outerinner

_waprioriN

SWD

Model funkcjonalny bez równań ograniczających

1))(()( R

k

T

kkk

T

kk RAPAAPK

1

1 ),...,(

m

R ppdiagRk

Zysk Kalmana (K) wyznaczony iteracyjnie

ze względu na szum obserwacji

p

crforpp ii

p

crfor

r

pcp i

i

i

)...( ,,1,,1 oloimi qqqqdiagQ

2

,, 1 ih

eT

t

im eq

2

, oolq

Model stochastyczny szumu procesu

k

T

kkkk QPP )()( 1

Implementacja dla potrzeb SPACE RMIT w Australii

Dolna część troposfery do

wysokości 1.5km

problematyczna ze względu

na małą ilość przecięć

sygnałów

Jakość tomografii z obserwacji

syntetycznych 1mm/km

Jakość tomografii z obserwacji

rzeczywistych ~6 mm/km

Rohm W., Zhang K., Bosy, J. Limited constraint, robust Kalman filtering for GNSS troposphere tomography Atmospheric Measurement Techniques, Vol. 7 No. 5, 2014, pp. 1475-1486

Doskonalenia metod pozycjonowania satelitarnego GNSS w czasie rzeczywistym: GNSS-WARP - autorskie oprogramowanie PPP

GNSS-WARP - autorskie oprogramowanie PPP

Funkcjonalność

• autorskie oprogramowanie z oryginalnymi algorytmami;

• zaimplementowany od podstaw w środowisku Matlab;

• przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym (0.1Hz) i postprocessingu;

• aplikacja i synchronizacja poprawek SSR z IGS RTS

• gotowość na Multi-GNSS (aktualnie GPS i GLONASS)

• empiryczne i zewnętrzne modele opóźnienia troposferycznego i funkcje mapujące

• wizualizacja wyników i wartości parametrów (także w czasie rzeczywistym)

PPP Czas rzeczywisty Troposfera

GNSS-WARP (Wroclaw Algorithms for Real-time Positioning)

GNSS-WARP – aplikacje (1)

Pozycjonowanie kinematyczne czasu rzeczywistego z produktami IGS RTS

Szeregi czasowe rezyduów i błędów dla GPS (strumień IGS02) i GPS+GLONASS (strumień IGS03), stacja WROC, DOY 114, 2014

• inicjalizację rozwiązania: 1h dla GPS i 15min dla GPS+GLO

• dokładność: 3cm dla N,E , 12cm dla U


Aplikacja regionalnego modelu troposfery do kinematycznego pozycjonowania real-time

Stra

tegi

a st

and

ard

ow

a

Z m

od

ele

m r

egio

nal

nym

Wyniki rozwiązania kinematycznego GPS bez (po lewej) i z (po prawej) wykorzystaniem modelu NRT-ZTD,

stacja WROC, DOY 116, 2014

• mniejsze rezydua (<15cm) i estymowany błąd dla składowej wysokościowej

• szybsze zbieganie rozwiązania (bez stosowania technik wyznaczania nieoznaczoności)


Estymacja opóźnienia troposferycznego w czasie rzeczywistym

ZTD czasu rzeczywistego (zielony) i jego błąd (niebieski) w porównaniu do EPN ZTD final (czerwone), stacja WROC, DOY 110-117, 2014

Interwał: 10s Rezydua: μ=-2.5, σ=11.2 Średni błąd estymacji: 9mm

Projekty badawcze

1. NCN PRELUDIUM: Doskonalenie metod precyzyjnego pozycjonowania satelitarnego GNSS w czasie rzeczywistym, (Tomasz Hadaś, UPWr), 2013 - 2015;

2. E-GVAP - The EUMETNET EIG GNSS water vapour programme, (Jan Kapłon UPWr) operacyjnie od 2013 roku;

3. COST ES1206: Advanced Global Navigation Satellite Systems tropospheric products for monitoring severe weather events and climate (GNSS4SWEC) (Jarosław Bosy UPWR, Karolina Szafranek WAT, Paweł Wielgosz UWM), 2013 - 2017;

4. ESA Contract: Precise Ionospheric Modelling for Improved GNSS Positioning in Poland (Paweł Wielgosz UWM, Jarosław Bosy UPWr, Manuel Hernandez Pajares UPC) 2013 - 2014;

5. NCN SONATA: Opracowanie metodologii asymilacji naziemnych obserwacji GNSS w celu poprawy jakości numerycznych prognoz pogody (Witold Rohm, UPWr,. UWr), 2014 – 2017;

6. NCN PRELUDIUM: Ocena wpływu wykorzystania zaawansowanych metod modelowania opóźnienia troposferycznego sygnałów GNSS na estymowane parametry troposfery oraz realizację systemu ETRS89 przez stacje ASG-EUPOS, (Katarzyna Stępniak, UWM), 2014 - 2016;

7. NCN OPUS: Nowe metody precyzyjnego modelowania jonosfery oparte na opracowaniu absolutnych obserwacji fazowych sygnałów GNSS oraz pomiarów okultacyjnych. (Paweł Wielgosz, UWM), 2014 – 2017;

8. ESA Contract: Higher Order Ionospheric modelling campaigns for precise GNSS applications - HORION (Macin Puciłowski Leica, Jarosław Bosy UPWr, Paweł Wielgosz UWM, Manuel Hernandez Pajares UPC) 2014 - 2016;

Podsumowanie

1. System stacji referencyjnych GNSS stanowi obecnie podstawę do budowy aplikacji działających w czasie rzeczywistym w różnych obszarach;

2. Jakość NWP jest niewystarczająca na potrzeby precyzyjnego pozycjonowania, ale rozdzielczość modelu jest na tyle wysoka, że warto go poprawiać.

3. Pozycjonowanie GNSS metodą względną i absolutną (PPP) daje obecnie większą stabilność rozwiązania przy wykorzystaniu zewnętrznych modeli jonosfery i troposfery.

4. Aktualnie prowadzone badania związane są z tworzeniem aplikacji Multi-GNSS i działających w czasie rzeczywistym, co wiąże się większymi wymaganiami stawianymi systemom stacji referencyjnych GNSS.

Dziękujemy za uwagę

Jarosław Bosy

<[email protected]>

Paweł Wielgosz

<[email protected]>

APLIKACYJNE WYKORZYSTANIE SIECI STACJI …...Pozycjonowanie względne na podstawie 5-minutowych...

Documents

Transcript of APLIKACYJNE WYKORZYSTANIE SIECI STACJI …...Pozycjonowanie względne na podstawie 5-minutowych...