Bruk av ICON for å estimere ionosfærisk forsinkelse over nord Europa

Abstract

Sammendrag Jordas atmosfære står for store og små forstyrrelser av GNSS signaler som skal nå en bruker på jordas overflate. Forstyrrelsene fører til at posisjonsbestemmelse med romgeodetiske teknikker avviker fra den potensielle nøyaktigheten et gitt GNSS tilbyr. Den største feilkilden fra signalets gang gjennom atmosfæren er forårsaket av ionosfæren. Ionosfæren er et dispersivt medium for frekvenser over 30MHz som gjør det mulig for to-frekvente mottakere å estimere eller eliminere signalets forsinkelse gjennom ionosfæren. Tradisjonelt blir den ionosfære forskyldte forsinkelsen også da TEC estimert ved å anvende kode og fasemålinger sammen. Selv om kodemålinger er mindre nøyaktig enn fasemålinger blir de benyttet for å estimere fasens tvetydighet i en prosess kalt «carrier levelled to code». I denne oppgaven har en annen metode for estimering av ionosfæreforsinkelsen blitt testet. Metoden er kalt ICON og baserer seg kun på to-frekvente, tvetydige faseobservasjoner uten støtte fra kodemålinger eller annen apriori informasjon. Metoden er avhengig av meppingfunksjoner mellom nære slant observasjoner av ionosfæren og at observasjonene kommer fra bakkestasjoner. ICON vil ble testet på mottakernettverk med forskjellige størrelser for å undersøke hvilke krav metoden setter til størrelsen til mottakernettverket. Siden metoden baserer seg på å observere samme STEC verdi fra forskjellige stasjoner som overlapper i tid ble også geometrien i nettverket testet. Signalets forsinkelse gjennom ionosfæren ble også estimert med godt etablerte metoder som TEC estimert med carrier levelled to code, IGTEC og Klobuchar modellen som ble benyttet for å sammenligne med prestasjonen til ICON. I ett mottakernettverk med 14 mottakere distribuert i den nordlige delen av Europa, viser resultatene fra denne oppgaven til at ICON kan estimere ionosfærisk forsinkelse med et avvik fra IGTEC på under en meter.

Abstract The earth’s atmosphere is responsible for a number of disturbances on GNSS signals trying to reach the earth’s surface. The disturbance leads to errors when trying to determine a position on earth using space geodetic techniques and prevents a user of GNSS the systems potential accuracy. The ionosphere is a dispersive medium for frequencies over 30 MHz witch? in turn makes it possible for double frequencies receivers to determine or strongly reduce the signals delay through the ionosphere. Traditionally the ionospheric delay is estimated with phase combined with code measurements. The code measurements are less accurate than the phase they are used to help solve for the phases ambiguity in a process known as carrier levelled to code. In this research, another method for estimating the ionospheric delay have been investigated. The method called ICON bases itself solely on double frequency, ambiguous carrier phase data with no reliance on pseudo-range or other apriori information. The only reliance is upon the mapping function between slant views of the ionosphere and that the measurements attained come from a network of ground based GPS receivers. ICON have been tested on receiver networks of different size to try and determine the methods requirement of the receiver network size. Since the method is based on observing the same slant view of the ionosphere that overlap in time from different stations, the geometry of the receiver network has also been tested as well. The ionospheric delay estimated with firmly established methods like ionospheric delay estimated with carrier levelled to code, IGTEC and The Klobuchar model was also performed. These methods were used to determine the performance of ICON. With a receiver network containing 14 receivers distributed in the northern parts of Europe, the results from the research conducted in this theses show that ICON can estimate ionospheric delay with an error of under one meter compared to IGTEC.