Co nowego w meteorologii GNSS czasu rzeczywistego?

Zdalne monitorowanie troposfery przy pomocy systemów GNSS, inaczej meteorologia GNSS, dostarcza informacji o całkowitym opóźnieniu sygnału w kierunku do satelity (zenith total delay, ZTD). ZTD może być asymilowane do numerycznych modeli prognozy pogody, co poprawia jakość prognoz – dowodzą naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

fot. Pixabay

Dokładność ZTD wyznaczonego w czasie rzeczywistym względem rozwiązania finalnego IGS

Znaczący rozwój systemów GNSS – na który składa się przede wszystkim budowa nowych konstelacji, dostępność precyzyjnych produktów satelitarnych w czasie rzeczywistym czy zaawansowane funkcje mapujące troposferę – ma pozytywny wpływ na dokładność estymowanego ZTD. Jednakże poszczególne osiągnięcia nie zostały wykorzystane jednocześnie w meteorologii GNSS czasu rzeczywistego. W związku z tym dr hab. Tomasz Hadaś z IGiG i in. (2020) zbadali, jaki wpływ na dokładność wyznaczenia ZTD mają poszczególne parametry strategii obliczeniowej, tj. model funkcjonalny, kombinacja systemów GNSS, wagowanie międzysystemowe, funkcje wagujące ze względu na wysokość satelity nad horyzontem, estymacja gradientów troposferycznych.
W ten sposób udało się zdefiniować strategię dedykowaną meteorologii GNSS czasu rzeczywistego, która łączy różne osiągnięcia z zakresu opracowania obserwacji GNSS. Chociaż wykazano, że wszystkie systemy mogą dostarczać niezależnych produktów troposferycznych, kombinacja obserwacji GNSS z różnych systemów z użyciem opracowanej strategii pozwala zmniejszyć odchylenie standardowe estymowanego ZTD nawet o 37%. Dokładność ZTD wyznaczonego w czasie rzeczywistym mieście się w przedziale 5,4 mm do 10,1 mm, co uzasadnia ich asymilację do numerycznych modeli prognozy pogody.

Hadaś i Hobiger (2020) skupili się na tym, co meteorologii GNSS oferuje operacyjność systemu Galileo. Nieznacznie gorsza jakość ZTD uzyskanego na przestrzeni całego 2019 r. z rozwiązania wykorzystującego satelity Galileo w stosunku do rozwiązania bazującego jedynie na GPS może być uzasadniona mniejszą liczbą satelitów Galileo, lipcową awarią systemu oraz brakującym modelem centrum fazowego anten dla drugiej częstotliwości systemu Galileo. Mimo to kombinowane rozwiązanie GPS + Galileo prowadzi do lepszych wyników niż rozwiązanie wykorzystujące GPS. Przetwarzanie znacznie większej liczby obserwacji skutkuje niemal dwukrotnym zmniejszeniem odchylenia standardowego ZTD. Dokładność ZTD czasu rzeczywistego w stosunku do produktów finalnych IGS poprawia się od 3.7% do 8.5%. Zauważono również, że kombinowane rozwiązanie tłumi sztuczne, wysokoczęstotliwościowe sygnały powiązane z rezonansem orbitalnym.

Więcej szczegółów można znaleźć w publikacjach:
• Hadaś T., Hobiger T., Hodryniec P. (2020): Considering different recent advancements in GNSS on real-time zenith troposphere estimates. GPS Solutions Vol. 24, No. 99, Berlin - Heidelberg 2020, pp. 1-14, https://doi.org/10.1007/s10291-020-01014-w
• Hadaś T., Hobiger T. (2020): Benefits of Using Galileo for Real-Time GNSS Meteorology, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, pp. 1-5, https://doi.org/10.1109/LGRS.2020.3007138
Badania są finansowane poprzez grant Marii Skłodowskiej-Curie nr 835997 w ramach programu Horyzont 2020 Unii Europejskiej.

Źródło: IGiG