Високоточна локалізація і навігація є основою життєво важливих операцій у різних галузях промисловості по всьому світу. Ці програми покладаються на високоточне і надійне позиціонування за допомогою глобальних навігаційних супутникових систем (GNSS). Для досягнення необхідного рівня точності необхідно усунути кілька супутникових і атмосферних похибок, як правило, шляхом отримання інформації про поправки ГНСС або за допомогою алгоритмів у приймачі.
Одним з найбільших джерел похибок є рефракція (викривлення) і дифракція (розсіювання) сигналів GNSS зарядженими частинками при проходженні через іоносферу (Таблиця 1). До того ж, зараз ми переживаємо підйом 25-го сонячного циклу, що призводить до підвищення іоносферної активності. Рівень іоносферної активності залежить від вашого місцезнаходження, часу доби та пори року. Після заходу сонця в деяких екваторіальних регіонах ви можете майже налаштувати свій годинник на нього!
Таблиця 1. Джерела похибки сигналу ГНСС.
Супутниковий годинник ±2 м (6,6 футів)
Орбітальні похибки ±2,5 м (8,2 футів)
Іоносферні затримки ±5 м (16,4 футів)
Тропосферні затримки ±0,5 м (1,6 футів)
Шум приймача ±0,3 м (1 фут)
Багатопроменевість ±1 м (3,3 фути)
Крім того, іоносферна сцинтиляція – швидкі тимчасові коливання рівня і фази сигналу GNSS – спричинена дрібномасштабними нерівномірностями електронної щільності, які називаються плазмовими бульбашками (рис. 1). Оскільки час і місце виникнення сцинтиляції дуже мінливі, ще важливіше розуміти, як це може вплинути на якість вашого позиціонування, щоб зменшити операційні затримки, ризики безпеки і простої.
У цій короткій статті показано, як можна використовувати програмне забезпечення GNSS для спостереження за тим, чи впливають на ваше позиціонування іоносферні сцинтиляції або радіочастотні (РЧ) завади, що дозволить вам приймати обґрунтовані оперативні рішення.
Чи впливає сцинтиляція на мою позицію?
Міжнародний комітет з питань GNSS (ICG) при Управлінні ООН з питань космічного простору (UNOOSA) класифікує перешкоди GNSS на дві категорії: радіочастотні перешкоди і природні збурення (Рис. 2). Хоча і ті, і інші можуть призвести до збоїв у позиціонуванні GNSS, вони по-різному впливають на сигнали GNSS, що дозволяє користувачам розрізняти їх за допомогою програмних засобів. Визначення того, що впливає на сигнали GNSS, що в кінцевому підсумку впливає на точність позиціонування або навіть на здатність підтримувати позиціонування, має першочергове значення для визначення найкращого способу дій.
Наприклад, NovAtel Application Suite надає інформаційну панель позиціонування для швидкого огляду стану вашого GNSS-приймача, включаючи відстежувані супутники за сузір’ям і поправки L-діапазону у вікні “Вид супутника” і виявлення радіочастотних перешкод у вікні “Перешкоди” (Малюнок 3).
Високоточні GNSS-приймачі використовують вдосконалені алгоритми вбудованого програмного забезпечення для виявлення радіочастотних перешкод. Наприклад, OEM-приймачі NovAtel мають функціонал GNSS Resilience and Integrity Technology (GRIT), що включає модулі Interference Toolkit (ITK) і Spoofing Detection (SD) для ідентифікації та виявлення радіочастотних перешкод. GRIT попереджає користувача, дозволяючи йому зменшити радіочастотні перешкоди шляхом застосування цифрових фільтрів. На інформаційній панелі NovAtel Application Suite є простий індикатор для виявлення радіочастотних перешкод за допомогою GRIT. Якщо індикатор світиться зеленим кольором, це означає, що приймач не відчуває радіочастотних перешкод.
З інформаційної панелі “Позиціонування” ви можете перейти до інформаційної панелі “Відстеження”, щоб переглянути співвідношення сигнал/шум (C/N0) і графіки часу блокування за сузір’ями (Малюнок 4 і 5). В обох випадках для кожного супутника, зазначеного на осі абсцис, вертикальні смуги представляють окремі частоти GNSS (наприклад, L1, L2 і т.д.), що передаються цим супутником. Таким чином, ви можете бачити, як поводяться кілька частот в одному поданні. Цей вид також дозволяє користувачеві перемикатися між різними сузір’ями GNSS.
Як уже згадувалося, іоносферна сцинтиляція являє собою швидкі часові коливання рівня сигналу GNSS (C/N0) і фази на всіх частотах GNSS. Ми наголошуємо на останньому, оскільки це є відмінним фактором порівняно з радіочастотними перешкодами, які зазвичай спостерігаються в одному або двох діапазонах.
Наприклад, графіки на рисунку 4 показують C/N0 для супутників у сузір’ї GPS за нормальних умов (панель А) і з високим рівнем варіації сигналу (панель Б), на що вказує поділ між верхньою і нижньою синіми смугами. На цих графіках зелений стовпчик показує рівень сигналу в реальному часі, а сині смуги – найвищі та найнижчі виміряні значення, які оновлюються щосекунди. На Рисунку 4B важливо відзначити, що високі коливання сигналу спостерігаються на різних частотах. Крім того, більше частот не відстежується (червоні кола з X), ніж за нормальних умов.
Червоний прапорець помилки у верхньому правому куті слугує швидким індикатором аномалії для загального стану відстеження. Користувач може натиснути на прапорець, щоб дізнатися, в чому полягає помилка, яка в цьому прикладі пов’язана з високою варіацією сигналу.
А
Б
Іоносферна сцинтиляція також негативно впливає на час фіксації, оскільки тривалість безперервного відстеження сигналів зменшується (Рис. 5). Присутність сцинтиляції відображається коротшим часом фіксації (більше смуг на рівні або нижче 60 сек), а також втратою фіксації (червоні кола з X), ніж за нормальних умов.
А
Б
Щоб підтвердити, чи свідчать наведені дані про іоносферну сцинтиляцію, можна звернутися до карти прогнозування іоносферної активності, яка відстежує регіональні та часові зміни загального вмісту електронів (TEC) та швидкості зміни індексу TEC (ROTI). Підвищені значення TEC і, особливо, високі швидкості зміни TEC вказують на сцинтиляційні умови, що означає можливий вплив на точність і доступність позиціонування GNSS. Якщо час і місце, де ви відчули аномалії сигналу GNSS, збігаються з високою іоносферною активністю, будь-які проблеми з позиціонуванням, швидше за все, пов’язані зі сцинтиляцією.
Що ще може вплинути на мою позицію?
Як і при будь-якій інтерпретації необроблених вимірювань, завжди існує ймовірність хибнопозитивних і хибнонегативних результатів. У цьому випадку хибнопозитивний результат означатиме, що спостережуваний вплив на позиціонування GNSS був спричинений сцинтиляцією, тоді як він був спричинений іншими факторами. А помилковий результат означає, що спостережуваний вплив на позиціонування GNSS не був спричинений сцинтиляцією, тоді як він був спричинений іншими факторами.
Наприклад, проблеми з кабелями можуть призвести до того, що потужність всіх частот буде стабільно низькою порівняно з коливаннями, які спостерігаються при сцинтиляції. Проблеми з установкою, такі як розміщення антени занадто близько до інших електронних пристроїв, можуть спричинити відхилення в отриманих сигналах GNSS. Як вже зазначалося, радіочастотні перешкоди також зазвичай впливають на одну або дві дискретні частоти, а не на всі сигнали.
Хоча ви не можете повністю уникнути можливості хибнопозитивних і хибнонегативних сценаріїв, спостереження швидких коливань рівня сигналу для всіх сузір’їв і частот GNSS, коли ваш приймач перебуває в регіоні з високою іоносферною активністю, є сильним індикатором сцинтиляції, особливо якщо програмне забезпечення не виявляє радіочастотних перешкод.
Зрештою, чи потрібно вам турбуватися про іоносферну сцинтиляцію чи ні, залежить від того, чи впливає на вашу діяльність будь-яке зниження точності або доступності рішення для позиціонування GNSS. Наявність у вашому розпорядженні програмних засобів візуалізації та прогнозування може допомогти звузити коло проблем, пов’язаних з іоносферною сцинтиляцією, і визначити подальші кроки.
Якщо вам потрібна допомога щодо іоносферної сцинтиляції, зверніться до нас за підтримкою.
Джерело: 