Troposzféramodell fejlesztése a globális helymeghatározó rendszerek lokális kiegészítőrendszerei számára
Projekt partnerek:
- TeleConsult Austria GmbH (Ausztria, projektvezető)
- Bécsi Műszaki Egyetem, Geodéziai és Térinformatikai Tanszék (Ausztria)
- Központi Meteorológiai és Geodinamikai Intézet (Ausztria)
GNSS és a légkör
A GNSS rendszerekkel végzett helymeghatározás során az ismert helyzetű műholdak által sugárzott mikrohullámú jelek terjedési idejéből határozzuk meg a műholdak és a vevők távolságát.
A légkör alsó, ún semleges néhány 10 km-es vastagságú részében az elektromágneses jel lassabban terjed, mint a fény vákuumbeli sebessége, így a mért távolság mindig nagyobb lesz, mint a tényleges műhold-vevő távolság. Ez a hatás függőleges irányban mintegy 2,5 m nagyságrendű, míg a horizont közelében akár 30 méteres nagyságot is elérhet.
A légkör felső része (100-1000km) a nagy szabad elektron tartalom miatt fejt ki hatást a távmérésekre. Ennek nagyságrendje zenitirányban akár 10-15 métert is elérhet.
Célok
A projekt célja, hogy a globális műholdas helymeghatározó rendszerek (GNSS) tervezése, ellenőrzése és működtetése számára fejlettebb, pontosabb troposzferikus javító algoritmusokat fejlesszünk ki.
Különösen:
- Olyan algoritmusokat és referencia adatokat fejlesszünk, amely csökkenti a nominális működés mellett a troposzféra okozta maradék hibákat (várható érték körüli 1 szigma tartomány) abban az esetben, ha csak a vevőben tárolt adatok alapján határozzuk meg a késleltetés mértékét („vak” mód).
- A troposzféra javító algoritmusok hibaeloszlásának elemzése és modellezése (minden működési módra) mind nominális, mind szélsőséges körülmények esetére (1 szigmától 4 szigma tartományban) annak érdekében, hogy a kiegészítő rendszerek által szolgáltatott integritásinformációk előállításához a hibák felülbecslését végre lehessen hajtani.
- Adatok, algoritmusok, műszaki elvárások beazonosítása, amelyekkel a lokális kiegészítő rendszerek (Ground Based Augmentation Systems - GBAS, Local Area Augmentation Systems - LAAS) troposzféra paramétereket tudnak szolgáltatni a valós idejű helymeghatározás pontosítása céljából. Térbeli és időbeli troposzferikus modellek fejlesztése a GNSS konstellációk szimulálása érdekében
1. ábra A földi kiegészítő rendszerek alapelve: A műholdas navigációs rendszerek távméréseit földi állomások által előállított korrekciós adatokkal javíthatjuk, így érve el nagyobb pontosságot. Emellett a földi állomások a műholdas helymeghatározó rendszerek integritásának vizsgálatát és monitorozást is lehetővé teszik. Ezáltal nagyobb megbízhatóságot érhetünk el a helymeghatározó szolgáltatásban, ami lehetővé teszi ezek alkalmazását az emberi élet biztonsága szempontjából kiemelt területeken, mint pl. a polgári repülés. (Forrás: FAA)
Rövid leírás
A globális műholdas helymeghatározó rendszerek (GNSS) alapja az elektromágneses jelek továbbításával végrehajtott műholdak és a földi vevő közötti távmérés. E jelek terjedése során számos hibalehetőség adódik, ilyenek a többutas terjedés, kitakarások hatása, és a jelek atmoszférán történő áthaladása során elszenvedett késleltető hatások (főként az ionoszferikus és a troposzferikus késleltetés). Az előbbi hibahatások közül bár a troposzferikus késleltetés éri el a legkisebb mértéket, a többi hibahatás a rendszer megfelelő tervezésével kiküszöbölhető vagy jelentősen csökkenthető. Az ionoszféra hatását a több mérőfrekvencia alkalmazásával, a többutast terjedést az antennák kialakításával ki lehet küszöbölni, ugyanez azonban a troposzférára nem igaz, ennek a hibahatásnak a figyelembevétele a troposzféra javító algoritmusokon és az azokhoz felhasznált meteorológiai adatokon múlik.
Az ESA (Európai Űrügynökség) által kifejlesztett troposzféra javító modellt (ESA GALTROPO) már több mint 10 éve alakították ki az RTCA-MOPS szabványban szereplő modell továbbfejlesztésével. A GNSS rendszerek növekvő pontossági és integritásra vonatkozó igényei szükségessé teszik a jelenlegi modellek áttekintését és továbbfejlesztését.
A TROPSY projekt keretében egy új troposzferikus javító modellt fejlesztünk ki aktuális meteorológiai adatokból. A levezetett modellt különféle időjárási helyzetekben, különféle működési tartományban (ideértve a tengerszinttől több mint 2 km-es magasságokat is) és akár alacsony magassági szögekre is megvizsgáljuk (min. 2°-os magassági szög). A sikeres tesztek esetén a kifejlesztett modellt és a hozzá tartozó adatokat a rádiórendszerek szabályozó testületéhez (ITU-R) és a légi közlekedési szervezeteknek (pl. Eurocae, ICAO) is benyújtjuk annak érdekében, hogy ezeken a területeken újabb ajánlásokat fogalmazhassanak meg e testületek.
Finanszírozás
A TROPSY projektet az ESA (szerződésszám: No. 4000107329/12/NL/LvH) finanszírozta. A BME tevékenységét az ugyanezen számú ESA PECS projekt finanszírozta.
Témavezető
Dr. Rózsa Szabolcs, egyetemi docens
Státusz: sikeresen lezárva 2015-ben.