Сучасні підходи до аналізу іоносферної поправки в ГНСС-вимірах

Abstract

Мета цієї роботи – проаналізувати сучасні підходи, використовувані для забезпечення точності геодезичних вимірів, визначити основні проблеми, що впливають на точність вимірів, та оцінити найоптимальніші методи корекції іоносферних поправок, вказати на їхні переваги та недоліки, здійснити аналіз і порівняння впливу іоносферної затримки з використанням одно- та двочастотних приймачів для розв’язання задач координатного забезпечення. Методика. Нині глобальні навігаційні супутникові системи (ГНСС) використовують для вимі- рювання позицій у межах багатьох різних типів програм. Досягнута точність позиціонування, яка коливається від кількох міліметрів до приблизно декаметра, залежить від багатьох параметрів: від типу спостережень (кодові або фазові вимірювання), від режиму позиціонування (абсолютний чи диференціальний) або того факту, що позиції обчислюють в реальному часі або виконують постоброблення. ГНСС технології використовують не лише для позиціонування, тепер це визнаний інструмент для атмосферних досліджень, що дають змогу реконструювати вертикальні профілі електронної густини та температури в атмосфері. Вплив іоносфери залишається одним із головних факторів, які обмежують точність ГНСС-вимірів. Тому для розв’язання задач координатного забез- печення з відповідною точністю необхідно вдосконалити відомі методи виявлення та аналізу іоносферної поправки. У дослідженні ми порівняли продуктивність одночастотних і двочастотних приймачів, зосередившись на ефектах, спричинених іоносферою та багатопроменевим поширенням. Тобто передбачається, що доступні псевдовіддалі забруднені іоносферною затримкою першого порядку та помилками вимірювання, які виникають на етапі відстеження коду. Результати. Оскільки іоносфера є головним джерелом помилок для користувачів супутникових сигналів глобальної системи позиціонування (GPS), які потребують точного визначення положення, ми проаналізували можливі похибки різних видів одночастотних та двочастотних приймачів. Зауважено також, що деякі залишкові помилки все ще залишаються в оцінюваному положенні користувача навіть після використання двочастотних приймачів. Наукова новизна та практична значущість полягають у групу- ванні основних помилок одночастотних та двочастотних приймачів, що дає змогу надалі практично зосередитись на дослідженні та вдосконаленні методів пом’якшення іоносферної похибки.

The aim of this study is to analyze contemporary approaches utilized to ensure the accuracy of GNSS measurements, identify key issues affecting measurement precision, evaluate the most optimal methods for ionospheric correction, delineate their advantages and disadvantages, and present an analysis and comparison of the impact of ionospheric delay using single- and dual-frequency measurements for coordinate determination tasks. Method. The ionosphere influences space-based radio systems such as Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Currently, GNSS is employed for position measurements across various program types. The achieved positioning accuracy, ranging from a few millimeters to approximately decameters, depends on the type of observations (code or phase measurements), positioning mode (absolute or differential), or whether positions are computed in real-time or post-processing. GNSS is not only used for positioning. Indeed, GNSS is now a recognized tool for atmospheric research: for example, GNSS radio occultation experiments allow for the reconstruction of vertical profiles of electron density and temperature in the atmosphere. The impact of the ionosphere remains one of the main factors limiting the accuracy of many programs. Therefore, it is necessary to improve existing methods for detecting and analyzing ionospheric corrections. In this paper, we assess the performance of single-frequency and dual-frequency receivers in terms of satellite-receiver range estimation. In particular, we focus on effects caused by the ionosphere and multipath propagation. It is anticipated that available pseudoranges are contaminated by first-order ionospheric delay and measurement errors occurring during the code tracking stage. Results. Since the ionosphere is a primary source of range errors for users of global navigation satellite system (GNSS) signals requiring accurate position determination, potential errors of various types of single- and dualfrequency receivers were analyzed. It was also noted that some residual errors still remain in the estimated user position even after employing dual-frequency receivers. Scientific novelty and practical significance lie in the clustering of primary errors of single-frequency and dual-frequency receivers, which subsequently enables practical focus on the research and enhancement of methods for mitigating ionospheric error.