Aktualności

Trójwymiarowe modelowanie ścieżki sygnału radio okultacji GNSS

23-05-2024

Przetwarzanie satelitarnych i naziemnych obserwacji troposferycznych GNSS jest najczęściej przeprowadzane oddzielnie, co ogranicza ich poziomą i pionową rozdzielczość. Niniejsze badanie realizuje pierwszy krok w kierunku budowy zintegrowanego modelu obserwacji troposfery tj. opracowania skutecznego, trójwymiarowego algorytmu do rekonstrukcji ścieżki sygnału na drodze okultacji radiowej (RO).

Wykorzystując nowe podejście do obliczania gradientów, autorzy opisują innowacyjny algorytm do symulacji ścieżek okultacji radiowej. Dokładność algorytmu jest weryfikowana poprzez symulację dziesięciu obserwacji COSMIC-1 i porównanie wyników z narzędziem przetwarzania ROPP pod względem wartości błędu kąta ugięcia (ang. „bending angle”).

Biorąc pod uwagę wszystkie zebrane wyniki, opracowany algorytm wykazuje wysoką stabilność oraz szybkość symulacji RO. Najważniejszymi parametrami wpływającymi na dokładność są dopuszczalna odległość pomiędzy satelitą odbierającą sygnał, a symulowaną ścieżką sygnału oraz rozdzielczość pionowa modelu. Stwierdzono ponadto znaczne różnice między źródłami danych apriori opartymi o numeryczny model pogody ERA5 oraz profile COSMIC-1, Zidentyfikowano także trudności ze zbieżnością sygnału poniżej 5 km wysokości ze względu na efekty wielodrożności. Niemniej, modele refrakcji o najwyższej rozdzielczości wykazują wystarczającą dokładność do prowadzenia badań atmosfery.

Jeśli chodzi o czas obliczeń, w przypadku najszybszych ustawień symulacja jednej pary satelita - odbiornik zajmuje nieco ponad 1 sekundę, co daje 120-180 sekund na jedno zdarzenie RO z częstotliwością 50 Hz oraz do 2000 różnych wartości nadmiaru fazy (eng “excess phase”). Ustawienia z najdłuższym czasem przetwarzania zajmują ponad 9 razy dłużej.

Więcej informacji i szczegółowe wyniki można znaleźć w artykule:
Cegla, A., et al. GNSS signal ray-tracing algorithm for the simulation of satellite-to-satellite excess phase in the neutral atmosphere. J Geod 98, 42 (2024). https://doi.org/10.1007/s00190-024-01847-0



Rys. 1. Schemat blokowy algorytmu ray tracingu. „Eq. number" odnosi się do równań opisanych w artykule. Zielone koła reprezentują pozycje punktów na drodze ścieżki sygnału, w których wykonywane są obliczenia interpolacji i gradientu, podczas gdy czerwone koła oznaczają punkty znajdujące się poza modelem


Rys. 2. Różnice między symulowanym i obserwowanym kątem ugięcia. Linie przerywane zostały przetworzone za pomocą opcji optyki falowej ROPP, a linie ciągłe za pomocą opcji optyki geometrycznej ROPP. Czerwone linie to wartości pochodzące z opracowanego algorytmu z ustawieniami dającymi największą dokładność symulacji. Niebieskie linie to wartości dla ustawień oferujących najlepszy stosunek jakości do czasu obliczeń