Technologie Internetu wykład 2: Protokoły aplikacyjne oraz HTML Piotr Habela
APLIKACYJNE WYKORZYSTANIE SIECI STACJI …...Pozycjonowanie względne na podstawie 5-minutowych...
Transcript of 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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
• 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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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).
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
UWM - Eksperyment II
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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.
UWM - Eksperyment II
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
Wykorzystanie nowych cywilnych sygnałów GPS oraz serwisu IGS - RTS
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
• 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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
• 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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
-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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Antenna S/N origin Type1 NoA/
NoC2 Azi3
All values are given in [mm]
dN dE dU STD N STD E STD U
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
TPSHIPER_PLUS 343-0843 IGS CN 3/x n 0.23 -1.87 -3.03 0.12 0.12 0.15
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
TPSHIPER_PLUS 344-0419 IGS CN 3/x n 1.48 -1.99 -3.86 0.15 0.06 0.20
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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.
Centra fazowe Wyniki testów polowych 2/3
Antenna S/N origin Type1 NoA/
NoC2 Azi3
All values are given in [mm]
dN dE dU STD N STD E STD U
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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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 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
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
Modelowanie jonosfery
Modelowanie jonosfery
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
Strona www serwisu monitorowania jonosfery nad Polską
Modelowanie jonosfery
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
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
Modelowanie jonosfery
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
Błąd kolokacji najmniejszych kwadratów wynikający z estymowanego błędu a priori i rozmieszczenia danych
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Instytut Geodezji
• 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.
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 - 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
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
Tomografia (2): pierwsza implementacja
(sf) Usuwanie wpływu troposfery poza modelem tomograficznym
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
Tomografia (2): pierwsza implementacja
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
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
Tomografia (3): model NRT
Dodanie do układu obserwacyjnego modelu zewnętrznego (zielony kolor)
Implementacja filtru Kalmana
Zakres działania rozszerzony na obszar Polski
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
Tomografia (3): model NRT
Redukcja szumów pomiarowych konieczna – duża czułość na błędy przypadkowe i systematyczne w obserwacjach
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
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
GNSS-WARP – aplikacje (2)
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)
GNSS-WARP – aplikacje (3)
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.