Aktualności

Jak połączyć zegary satelitów, aby nawigacja była jeszcze dokładniejsza?

28-09-2026

GPS, Galileo, GLONASS i BeiDou stały się nieodłącznym elementem współczesnego świata. Korzystamy z nich podczas nawigacji samochodowej, lotów samolotem, pomiarów geodezyjnych, synchronizacji sieci telekomunikacyjnych, a nawet w systemach finansowych. Aby jednak pozycjonowanie satelitarne mogło osiągać dokładność na poziomie centymetrów, nie wystarczy samo wysłanie sygnału z satelity. Konieczna jest również bardzo precyzyjna wiedza o orbicie satelity i wskazaniach jego zegara.

I właśnie na tym ostatnim elemencie koncentrują się najnowsze badania opublikowane w GPS Solutions nad łączeniem danych z różnych ośrodków analizujących obserwacje GNSS.

Dlaczego zegary satelitów są tak ważne?

Każdy satelita nawigacyjny wyposażony jest w niezwykle dokładny zegar atomowy. Pozwala on określić moment wysłania sygnału radiowego. Odbiornik na Ziemi rejestruje natomiast moment jego dotarcia. Różnica czasu pomiędzy tymi dwoma zdarzeniami pozwala wyznaczyć odległość między odbiornikiem a satelitą.

Problem polega na tym, że światło i fale radiowe poruszają się bardzo szybko. Sygnał GNSS pokonuje około 300 metrów w ciągu jednej mikrosekundy. Oznacza to, że nawet niewielki błąd zegara może przełożyć się na znaczący błąd wyznaczonej pozycji.

Dlatego w precyzyjnym pozycjonowaniu niezbędne są bardzo dokładne poprawki zegarów satelitów. Są one wyznaczane przez specjalistyczne centra analiz, działające w ramach International GNSS Service (IGS).

Jeden satelita, wiele niezależnych analiz

IGS skupia wiele instytucji naukowych i badawczych na całym świecie. Każde z tak zwanych Analysis Centers (AC) niezależnie przetwarza ogromne ilości obserwacji GNSS i wyznacza m.in. orbity satelitów oraz poprawki ich zegarów.

Takie podejście ma ogromną zaletę: wyniki poszczególnych ośrodków można ze sobą porównywać, a ewentualne błędy lub braki danych jednego centrum mogą zostać skompensowane przez wyniki innych.

Powstaje jednak pytanie: jak z wielu niezależnych rozwiązań uzyskać jeden, możliwie najlepszy i stabilny produkt? To właśnie jest zadanie tzw. kombinacji rozwiązań GNSS.

Nie wystarczy policzyć zwykłej średniej

Intuicyjnie można by przypuszczać, że rozwiązanie jest proste: wystarczy uśrednić wyniki wszystkich centrów analiz. W rzeczywistości problem jest znacznie bardziej skomplikowany.

Poszczególne centra analizują dane przy wykorzystaniu różnych programów, modeli matematycznych, strategii przetwarzania oraz różnych zestawów danych. Ich wyniki mogą więc różnić się zarówno pod względem dokładności, jak i charakteru zmian w czasie.

Co więcej, zegary satelitów nie zachowują się idealnie liniowo. Ich częstotliwość może zmieniać się w czasie, a związane z tym efekty mogą powodować, że tradycyjne metody dopasowania liniowego nie są wystarczające.

W najnowszych badaniach zaproponowano dlatego strategię wyrównania epokowego. Zamiast dopasowywać jeden model do długiego przedziału czasu, porównuje się i wyrównuje rozwiązania w kolejnych epokach obserwacyjnych. Pozwala to znacznie lepiej uwzględnić rzeczywiste, nieliniowe zachowanie zegarów.

GPS, Galileo, GLONASS i BeiDou w jednym rozwiązaniu

Dotychczas rozwój kombinowanych produktów IGS koncentrował się przede wszystkim na systemach GPS i GLONASS. Produkty demonstracyjne nie obejmowały jednak jeszcze wszystkich najważniejszych współczesnych systemów nawigacji satelitarnej.

Nowe rozwiązanie rozszerza tę koncepcję na cztery globalne systemy GNSS: GPS, Galileo, GLONASS i BeiDou. Opracowana metoda tworzy więc jeden zintegrowany, operacyjny schemat łączenia poprawek zegarów dla wszystkich czterech systemów.

Co istotne, rozwiązanie zostało zaimplementowane w otwartym i dostępnym dla użytkowników oprogramowaniu open-source. Dzięki temu metoda może być niezależnie testowana, rozwijana i wykorzystywana przez społeczność naukową.

Więcej informacji w artykule, będącym wynikiem współpracy naukowców z Polski, Niemiec, Francji, Czech i Brazylii:
Białas, J., Zajdel, R., Mikoś, M. et al. (2026)
Multi-GNSS clock combination for PPP with an epoch-wise clock alignment and variance component estimation. GPS Solutions 30, 191 (2026). https://doi.org/10.1007/s10291-026-02148-z.