Способы минимизации ошибок в расчётах по ГНСС

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) стали важной частью повседневной жизни. Они используются для таких вещей, как навигация, топографическая съёмка и картографирование, и это лишь малая часть. Хотя геодезические приложения ГНСС невероятно мощны, они сталкиваются с ограничениями из-за неизвестных в их расчётах. Один из важных факторов, способствующих возникновению этих ошибок, – задержка в тропосфере, которая добавляет неопределённости расчётам местоположения из-за переменной задержки сигнала, проходящего от спутника к приёмнику.

Частично задержка в тропосфере вызвана присутствующими в тропосфере газами (азот, кислород, аргон и т.д.) и может изменяться в зависимости от температуры и атмосферного давления. Это называется гидростатическая задержка. Другой компонент задержки связан с водяным паром и конденсированной водой, которая содержится в облаках, что делает её весьма зависимой от погодных условий.

В недавнем выпуске GPS Solutions опубликовано исследование, проведённое Ханг Су из Университета Китайской академии наук. В нём изучалось влияние атмосферного давления и гидростатической задержки на геодезические приложения, поддерживаемые ГНСС. Поскольку точность рассчитанной гидростатической задержки в значительной степени зависит от изменений атмосферного давления, эта переменная является ключевым измерением для точного определения общей задержки в тропосфере. Для этого исследовательская группа изучила данные за 17 лет о местоположении 320 станций ГНСС с целью уточнения задержки, вызванной гидростатической задержкой.

Используя данные Европейского центра повторного анализа среднесрочных прогнозов погоды (ERA5), набора данных с почасовыми оценками погодных переменных, команда Ханг Су рассчитала атмосферное давление на высотах 320 станций ГНСС. Хотя атмосферное давление можно напрямую измерить некоторыми приборами, трудно получить точные результаты в глобальном масштабе с помощью отдельного прибора. Чтобы смягчить это, в 1948 году был разработан стандартный метод расчёта давления, который широко используется сегодня.

Однако этот стандартный метод может дать большую погрешность в расчётах атмосферного давления и гидростатической задержки, если станция ГНСС находится на большей высоте. Исследовательская группа стремилась оптимизировать этот стандартный метод, включив в уравнение не только высоту, но и широту, и температуру. Поскольку стандартный метод учитывает только высоту, это действительно усложняет процесс, но с этой оптимизацией они предложили пересмотренную модель атмосферного давления, основанную на 17-летних данных по ГНСС.

Эти модифицированные модели могут предоставить более точный метод определения локального и глобального атмосферного давления, тем самым уменьшая ошибки гидростатической задержки. Когда они протестировали свои улучшенные модели, они сообщили об улучшении расчётов давления примерно на 50%. Повышение точности определения местоположения может быть особенно полезно в геодезии, где мы должны понимать, как земная кора движется и деформируется с течением времени, а также понимать опасность землетрясений. Работа, которая уменьшает неопределённость, также открыла нам новые двери. Теперь станции используются в том числе и для измерения водяного пара в атмосфере на основе задержки в тропосфере. Улучшенный расчёт компонентов этой задержки также может помочь в этих измерениях.

Источник: Вестник ГЛОНАСС