Aktualności

Zegary atomowe na satelitach Galileo są tak dokładne, że poprawiają błędne pozycje
29-08-2020

W najnowszym artykule opublikowanym w czasopiśmie GPS Solutions, naukowcy przedstawiają w jaki sposób ultra-dokładne zegary atomowe mogą poprawić błąd całkowity w pozycjonowaniu satelitarnym i nawigacji. Nie było to możliwe w przypadku systemu GPS, ani też GLONASS, ze względu na niską dokładność pokładowych zegarów atomowych. Satelity systemu Galileo wyposażone są w bardzo stabilne zegary atomowe: masery wodorowe oraz zegary rubidowe. Zegary te są tak dokładne, że można nimi poprawiać błędy w pozycji satelity. Pomimo tego, że błąd całkowity sygnału z uwzględnieniem pozycji i czasu powinien wzrastać, spada on z poziomu 2.2 cm do 1.6 cm po wykorzystaniu zegarów atomowych na pokładzie satelitów Galileo. Rezultat ten jest bardzo zaskakujący, gdyż na etapie tworzenia systemów satelitarnych nie planowano korygowania błędnej pozycji odczytami z zegarów atomowych. Błąd całkowity sygnału Galileo wynosi 1.6 cm i jest on w chwili obecnej najdokładniejszy spośród wszystkich systemów nawigacyjnych. W przypadku GPS wynosi on 2.3 cm, a GLONASS 5.2 cm. Tym samym, europejski system Galileo już teraz gwarantuje najwyższą jakość sygnału, pomimo braku jeszcze kilku satelitów w konstelacji.

Błąd orbity i zegara

Pozycjonowanie z wykorzystaniem satelitów nawigacyjnych opiera się o pomiar różnicy czasu wysłania sygnału przez satelitę oraz momentu odbioru tego sygnału. Do wyliczenia pozycji odbiornika niezbędna jest zatem znajomość dokładnej pozycji satelity w momencie wysłania sygnału oraz czasu emisji wyznaczonego przez pokładowy zegar atomowy. Błąd zegara lub pozycji satelity przekładają się bezpośrednio na błąd wyznaczenia pozycji odbiornika GNSS. Wielkością, która pozwala ocenić w jaki sposób błąd pozycji satelity i błąd zegara przekładają się na błąd sygnału w przestrzeni jest tzw. parametr SISRE (ang. signal-in-space ranging error). SISRE składa się z dwóch części: błędu pozycji satelity (błąd orbity) oraz błędu zegara.

SISRE całkowite zawierające błędy pozycji satelity i zegara jest mniejsze dla systemu Galileo niż SISRE samej pozycji. Oznacza to, że zegar atomowy swoimi odczytami koryguje skutecznie błędy systematyczne w wyliczonej pozycji. Zazwyczaj błędy powinny się dodawać zgodnie z regułą przenoszenia się błędów średnich opracowaną przez Gaussa. W przypadku systemu GLONASS błąd sygnału satelity zwiększa się z poziomu 3.9 cm (błąd samej pozycji) do 5.1 cm (błąd pozycji i zegara). Jednakże odczyty zegarów pokładowych mogą mieć podobną wartość, co błąd pozycji satelity, tylko przeciwny znak w przypadku bardzo dokładnych zegarów. Pozycja i zegar są silnie ze sobą skorelowane w obliczeniach wpływu całkowitego na sygnał satelitarny. Tak się dzieje w przypadku satelitów Galileo, gdzie zegar poprawia orbitę. Podobnie dzieje się też w chińskim satelitach BeiDou IGSO, ale błąd całkowity pozostaje na poziomie 3.9 cm. Wyniki badań naukowców z IGiG są sporym zaskoczeniem oraz stanowią ważny krok w zrozumieniu sposobu działania oraz przyszłości satelitarnych systemów nawigacyjnych.

Pozycjonowanie z wykorzystaniem zegarów

Dotychczas zegary na pokładzie satelitów były tak niedokładne, że stosowano różne metody eliminacji ich błędów. Przykładowo, w geodezji satelitarnej do zakładania osnów stosuje się pojedyncze lub podwójne różnicowanie obserwacji GNSS celem eliminacji błędów zegara odbiornika i satelity. System satelitarny Galileo otwiera nowe możliwości wykorzystania zegarów atomowych, które nie tylko nie zwiększają błędów całkowitych, ale również poprawiają błędy zawarte w wyliczonej pozycji satelity. Wyniki badań opisane w artykule wyraźnie wskazują, że w przyszłości obserwacje satelitarne nie powinny być różnicowane między sobą, gdyż traci się w ten sposób cenną informację na temat ultra-precyzyjnych zegarów atomowych, które skutecznie poprawiają jakość rozwiązań GNSS.

Więcej informacji na ten temat oraz na temat ewolucji zmian dokładności orbit i zegarów systemów GPS, GLONASS, Galileo i BeiDou można znaleźć w artykule:

Kazmierski, K., Zajdel, R. Sośnica, K. (2020) Evolution of orbit and clock quality for real-time multi-GNSS solutions. GPS Solut 24, 111 (2020). https://doi.org/10.1007/s10291-020-01026-6



powrót do poprzedniej strony
Poczta / Logowanie do systemu
Stacja permanentna GNSS 'WROC'
GISLab - Laboratorium GIS
Laboratorium Multisensoryki
Stacja permanentna GNSS 'WROC'
Nasze konferencje

 2nd Gathers Hackathon
Rzym (Włochy), 17 - 18 lutego 2024
 Advanced Gathers School
Rzym (Włochy), 12 - 16 lutego 2024
 2nd Summer School
Delft (Holandia), 28 sierpnia– 1 września 2023
 1st Gathers Hackathon
Wiedeń (Austria), 13-14 kwietnia 2023
 1st Summer School
WROCŁAW-RYBNIK, 19 – 24 września 2022
 Gathers Kick-off meeting
WROCŁAW, 4-5 grudnia 2019
 GNSS Meteorology Workshop 2019
WROCŁAW, 19 - 20 września 2019
 XXIII Jesienna Szkoła Geodezji im. Jacka Rajmana
Wałbrzych, 21 - 22 września 2017
 EUREF 2017 Symposium
Wrocław, 17 - 19 maj 2017
 EUREF 2017 Tutorial
Wrocław, 16 maj 2017
 III Polski Kongres Geologiczny
WROCŁAW, 14 - 18 września 2016 r
Kartka z kalendarza
Maj 2024Imieniny obchodzi:
Mikołaj, Piotr, Urban

140 dzień roku (do końca pozostało 226 dni)
19
Niedziela

Efemerydy dla słońca:Tranzyt słońca []:12:48:17
Brzask astronomiczny []:01:39:12Zachód słońca []:20:42:08
Brzask nawigacyjny []:03:14:13Zmierzch cywilny []:21:24:07
Brzask cywilny []:04:12:27Zmierzch nawigacyjny []:22:22:21
Wschód słońca []:04:54:26Zmierzch astronomiczny []:23:57:22
Kontakt
INSTYTUT GEODEZJI I GEOINFORMATYKI
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
ul. Grunwaldzka 53
50-357 Wrocław

NIP: 896-000-53-54, REGON: 00000 18 67

tel. +48 71 3205617
fax +48 71 3205617

e-mail: igig@upwr.edu.pl