Wpływ ośrodka na propagację
sygnału GPS
Efekty: troposferyczny i jonosferyczny
Na sygnał GPS oddziałują
" Troposfera
" Jonosfera
Troposfera
" Od powierzchni Ziemi do wysokości około 40
km
" Jest ośrodkiem niedyspersyjnym (dla
częstotliwości < 30 GHz) czyli zaburzenia
sygnału nie zależą od częstotliwości
BÅ‚Ä…d powodowany troposferÄ…
" Od około 2 m dla sygnałów dochodzących z
zenitu do około 25 m dla sygnałów od niskich
satelitów, o kącie elewacji około 5 stopni
" Błędy te zależą od:
o Temperatury
o Wilgotności
o ciśnienia
Modelowanie troposfery
" TroposferÄ™ modeluje siÄ™ jako mieszaninÄ™ 2
gazów idealnych:
o Suche powietrze (część sucha)
o Para wodna (część mokra)
Część sucha
" Wnosi około 90% całego opóz
nienia
troposferycznego
" Może być wymodelowana do około 2-5% na
podstawie pomiarów meteorologicznych
" Pomiary takie prowadzi siÄ™ na punkcie
pomiarowym (uwagi!)
" Przy modelowaniu zakłada się, ze spełnia
prawa gazu idealnego
Część mokra
" Wnosi pozostałe około 10% opóz
nienia
" Jest trudniejsza do wymodelowania i
wyeliminowania
" Nie można przewidzieć rozkładu pary wodnej
na podstawie pomiarów meteo
" Modele: eliminacja błędów do około 2-5 cm
" Próby pomiarów rozkładu pary wodnej wzdłuż
drogi sygnału (Water Vapour Radiometers
WPR, koszty rzędu 100 000 USD)
Modele troposfery
" Doświadczalne
" Najbardziej popularne:
o Saastamoinena (1972)
o Hopfield (1969)
o Goada i Goodmana (1974)
Ogólne założenia modelowania
troposfery
" Zależność opóz
nienia od współczynnika
załamania:
" Zwykle n zastępuje się poprzez
wtedy (całkowanie wzdłuż drogi sygnału):
Model Hopfield
" Hopfield zakłada, że można rozdzielić na
część suchą i mokrą
" Wtedy:
Model Hopfield, cd.
" Podstawowe wzory na wpływ części suchej i
mokrej:
Model Hopfield, cd.
" Zależność od wysokości w
modelu:
" Wtedy wpływ części
suchej:
Model Hopfield, cd.
" Wpływ części mokrej (hw=11 000 m):
" Całość wpływu dla satelity w zenicie:
Model Hopfield, cd.
" Uwzględnia się jeszcze wpływ od kąta elewacji
(poprzez tzw. funkcje mapujÄ…ce)
" Najprostsza: 1/cos(z)
Model Saastamoinena
" Podstawowy wzór modelu:
" p  ciśnienie atmosferyczne w milibarach, T 
temperatura w Kelvin ach, e  ciśnienie pary
wodnej w milibarach
Jonosfera
" Od 100 km do 1000 km nad powierzchniÄ…
Ziemi
" Zawiera wolne elektrony
" Jest ośrodkiem dyspersyjnym, czyli różnie
wpływa na różne częstotliwości
Wpływ jonosfery na sygnały GPS
" 2 główne efekty:
" Spowolnienie modulacji fali nośnej (działa jak
pozorne wydłużenie drogi satelita - stacja)
" Przyspieszenie fazy fali nośnej (pozorne
skrócenie drogi satelita  stacja)
" Stąd różne znaki przy poprawce jonosferycznej
w równaniach obserwacyjnych obserwacji
fazowych i kodowych
Zależność od TEC
" TEC  Total Electron Content  zawartość
wolnych elektronów
" TEC  zmienny w czasie (1016 ÷ 10185ØRÜ-/5ØZÜ3)
" Opóz
nienie jonosferyczne zależy wprost
proporcjonalnie od TEC i odwrotnie
proporcjonalnie od częstotliwości sygnału f:
40.3
" 5Øß = " 5ØGÜ5Ø8Ü5Ø6Ü , opóz
nienie wyliczymy w
5ØPÜ5ØSÜ2
sekundach
Eliminacja efektu jonosferycznego
" Pomiar kodowy na 2 częstotliwościach
5ØNÜ
" Opóz
nienie jako: 5Øß = (czas)
5ØSÜ2
" Pomiary na L1 i L2:
5ØNÜ
5ØCÜ5ØVÜ = 5Øß5ØVÜ +5ØPÜ
5Ø4Ü,5Ø?Ü1
5Ø4Ü
5ØSÜ5Ø?Ü12
5ØNÜ
5ØCÜ5ØVÜ = 5Øß5ØVÜ +5ØPÜ z tego:
5Ø4Ü,5Ø?Ü2
5Ø4Ü
5ØSÜ5Ø?Ü22
5ØSÜ2 5ØSÜ2
5Ø?Ü1 5Ø?Ü2
5Øß5ØVÜ =5ØSÜ2 -5ØSÜ2 5ØCÜ5ØVÜ - 5ØCÜ5ØVÜ
5Ø4Ü,5Ø?Ü1 5Ø4Ü,5Ø?Ü2
5Ø4Ü
5ØSÜ2 -5ØSÜ2
5Ø?Ü1 5Ø?Ü1 5Ø?Ü1 5Ø?Ü1
Odległość geometryczna wolna od wpływu jonosfery