Jesteś tutaj

NCN Sonata 12

Projekt badawczy nr 2016/23/D/ST10/01546 konkurs NCN Sonata
pt. Analiza różnoskalowych zaburzeń jonosferycznych na podstawie opracowania wielosystemowych obserwacji GNSS

26.07.2017 – 25.05.2021 r.

Kierownik dr hab. inż. Jacek Paziewski, prof. uczelni

Wykonawca dr hab. inż. Rafał Sieradzki, prof. Uczelni

Zadania:

  1. Opracowanie algorytmu detekcji wielkoskalowych zjawisk jonosferycznych oraz jego implementacja.
  2. Badania różnoskalowych zaburzeń jonosferycznych występujących podczas burz geomagnetycznych.
  3. Rozwój algorytmów eliminacji wpływu zaburzeń jonosferycznych i analiza ich wpływu w wielosystemowym pozycjonowaniu GNSS.

Streszczenie popularnonaukowe

Globalne Systemy Nawigacji Satelitarnej (GNSS - Global Navigation Satellite System) znajdują obecnie zastosowanie w szerokim spektrum dziedzin życia i gospodarki takich jak: nawigacja, geodezja, geodynamika, rolnictwo, systemy informacji geograficznej i wiele innych. Jakość pozycjonowania satelitarnego może być znacząco poprawiona przez skuteczniejszą eliminację błędów propagacji sygnału w atmosferze lub też wykorzystanie większej liczby obserwacji z istniejących systemów takich jak GPS i GLONASS oraz nowych jak Galileo i BDS. W odniesieniu do propagacji sygnału satelitarnego w atmosferze to jej zjonizowana część – jonosfera, jest uważana za czynnik najbardziej zniekształcający sygnał. Z drugiej jednak strony, wykorzystując wieloczęstotliwościowe i wielosystemowe obserwacje GNSS oraz biorąc pod uwagę dyspersyjną naturę jonosfery, możliwe jest również jej modelowanie oraz wykrywanie zaburzeń występujących w tej części ziemskiej atmosfery. Z tego względu zaobserwować można sprzężenie zwrotne pomiędzy modelowaniem jonosfery i zjawisk w niej występujących a pozycjonowaniem GNSS. W wyniku ciągłego wzrostu liczby stacji permanentnych, należących do różnych międzynarodowych sieci, możliwe stało się również monitorowanie jonosfery na wysokich szerokościach geomagnetycznych. Ten region górnych warstw atmosfery jest szczególnie narażony na występowanie różnoskalowych zaburzeń koncentracji elektronów, które są wynikiem dynamicznie zmieniających się warunków pogody kosmicznej oraz interakcji zachodzącej w sprzężonym systemie magnetosfery oraz jonosfery. Naturalną konsekwencją tych zależności jest możliwość traktowania jonosfery okołobiegunowej jako czułego sensora warunków panujących w przestrzeni okołoziemskiej, będących wynikiem gwałtownych erupcji na powierzchni Słońca. Fakt ten jest szeroko wykorzystywany w badaniach pogody kosmicznej, mających na celu opis procesów geofizycznych zachodzących w systemie Słońce-Ziemia, które mogą mieć także wpływ na codzienne życie ludzi. Głównym celem projektu jest wykorzystanie wielosystemowych obserwacji GNSS do opisu różnoskalowych zaburzeń jonosferycznych w okresie burz geomagnetycznych. Zadanie to będzie wykonywane w oparciu o integrację obecnie stosowanego algorytmu monitorowania zaburzeń oraz nowego autorskiego podejścia umożliwiającego detekcję struktur wielkoskalowych. Łączne wyniki obu metod pozwolą na wnikliwe analizy warunków panujących w okołobiegunowej jonosferze. Powyższe analizy zostaną wykorzystane jako informacja zwrotna do opracowania oryginalnych algorytmów redukcji wpływu refrakcji jonosferycznej na pozycjonowanie GNSS. Nawiązując do głównych założeń projektu, celami pośrednimi w tym punkcie badań będzie określenie optymalnego sposobu integracji wielosystemowych obserwacji GNSS oraz ocena skuteczności takiego rozwiązania w obecności silnych zaburzeń jonosferycznych. Zakłada się, że zastosowanie obserwacji wielosystemowych oraz nowego algorytmu pozwoli ma precyzyjną detekcję oraz opis zaburzeń jonosferycznych. Co więcej, badania nad występowaniem tych nieregularności powinny prowadzić do lepszego zrozumienia wpływu pogody kosmicznej na naszą planetę. Informacja o skali zmian koncentracji elektronów, w połączeniu z nowymi algorytmami integracji obserwacji wielosystemowych dla celów precyzyjnego pozycjonowania GNSS, przyczyni się do poprawy dokładności oraz niezawodności wyznaczanych współrzędnych.

Wyniki projektu

Publikacje:

  1. Paziewski J, Sieradzki R, 2020, Enhanced wide-area multi-GNSS RTK and rapid static positioning in the presence of ionospheric disturbances. Earth Planets and Space 72, 110 (2020). https://doi.org/10.1186/s40623-020-01238-7
  2. Paziewski J, Sieradzki R, On the performance of selected ionospheric modelling schemes in Precise Point Positioning, In: 2020 International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS), Tampere, Finland, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICL-GNSS49876.2020.9115506
  3. Sieradzki R, Paziewski J, 2019, GNSS-based analysis of high latitude ionospheric response on a sequence of geomagnetic storms performed with ROTI and a new relative STEC indicator, Journal of Space Weather Space Climate, 9, A5 https://doi.org/10.1051/swsc/2019001
  4. Sieradzki R, Paziewski J, 2018, On the feasibility of interhemispheric patch detection using ground-based GNSS measurements, Remote Sensing 10(2) 2044 DOI 10.3390/rs10122044
  5. Paziewski J, Sieradzki R, Wielgosz P, 2018, On the Applicability of Galileo FOC Satellites with Incorrect Highly Eccentric Orbits: An Evaluation of Instantaneous Medium-Range Positioning. Remote Sensing 10(2) 208, doi:10.3390/rs10020208
  6. Paziewski J; Sieradzki R, 2018, Mitigation of the Ionospheric Disturbances in GNSS Relative Positioning: A Case Study in Southern High Latitudes. 2018 Baltic Geodetic Congress (BGC Geomatics) doi:10.1109/BGC-Geomatics.2018.00058
  7. Sieradzki R; Paziewski J, 2018, GNSS-Based Detection of Polar Patches with Relative STEC Values - The Impact of Elevation Cut-off Angle. 2018 Baltic Geodetic Congress (BGC Geomatics) doi: 10.1109/BGC-Geomatics.2018.00046

Wystąpienia na konferencjach:

  1. Sieradzki R, Paziewski J, 2020, The detection of ionospheric trough with GNSS measurements.  22nd EGU General Assembly, 4-8.5.2020, Vienna, Austria
  2. Paziewski J, Sieradzki R, 2020, On the performance of selected ionospheric modelling schemes in Precise Point Positioning, ICL-GNSS 2020 International Conference on Localization and GNSS. 2-4.06.2020, Tampere University, Tampere, Finland.
  3. Paziewski J Sieradzki R Eliminacja wpływu zaburzeń jonosferycznych w precyzyjnym względnym pozycjonowaniu satelitarnym na wysokich szerokościach geograficznych. Satelitarne Pozycjonowanie–Precyzyjna Nawigacja–Mobilny Monitoring Dęblin 11-12.9.2018. Prezentacja.
  4. Sieradzki R Paziewski J Analiza porównawcza polarnych zaburzeń jonosferycznych występujących w okresie burzy geomagnetycznej. Satelitarne Pozycjonowanie – Precyzyjna Nawigacja – Mobilny Monitoring Dęblin 11-12.9.2018. Prezentacja.
  5. Paziewski J Sieradzki R Mitigation of the Ionospheric Disturbances in GNSS Relative Positioning: A Case Study in Southern High Latitudes. Baltic Geodetic Congress Olsztyn 21-23.6.2018. Prezentacja.
  6. Sieradzki R Paziewski J GNSS-Based Detection of Polar Patches with Relative STEC Values - The Impact of Elevation Cut-off Angle. Baltic Geodetic Congress Olsztyn 21-23.6.2018. Prezentacja.
  7. Paziewski J Sieradzki R On the applicability of E14 & E18 Galileo FOC satellites with incorrect orbits: an evaluation of the instantaneous medium range positioning. EGU General Assembly Wiedeń 07-13.4.2018. Poster.
  8. Sieradzki R Paziewski J Inter-hemispheric comparison of polar patch occurrence during 2015 St. Patrick's Day storm. EGU General Assembly Wiedeń 07-13.4.2018. Poster.
  9. Sieradzki R Paziewski J GNSS-based analysis of ionospheric conditions around the North Pole during sequence of geomagnetic storms in March 2012. EGU General Assembly Wiedeń 07-13.4.2018. Poster.
  10. Paziewski J Sieradzki R Wielgosz P Ocena wpływu wyższych rzędów opóźnienia jonosferycznego na precyzyjne absolutne i względne pozycjonowanie satelitarne. Aktualne problemy naukowo–badawcze w inżynierii lądowej Olsztyn 19-21.10.2017. Prezentacja.
  11. Sieradzki R Paziewski J Wykorzystanie względnych wartości STEC jako źródła informacji o zaburzeniach występujących w okołobiegunowej jonosferze. Aktualne problemy naukowo–badawcze w inżynierii lądowej Olsztyn 19-21.10.2017. Prezentacja.
  12. Sieradzki R Paziewski J ROTI oraz względne wartości STEC: analiza porównawcza wybranych parametrów monitorowania zaburzeń jonosferycznych na wysokich szerokościach. Sympozjum Monitorowanie dynamiki Ziemi w ramach systemu GGOS Warszawa 27-29.09.2017. Prezentacja
  13. Sieradzki R, Paziewski J, 2019, Study on the dependence of polar patch enhancement on dayside VTEC. European Geosciences Union General Assembly 2019 Wiedeń, Austria 7-12 April 2019, poster.
  14. Sieradzki R, Paziewski J, 2019, GNSS-based detection of ionospheric polar patches in the northern hemisphere. The 7th international colloquium on scientific and fundamental aspects of GNSS 4 – 6 September 2019 ETH Zurich, Szwajcaria, poster. Nagroda za najlepszą prezentację.
  15. Paziewski J, Sieradzki J, 2019, Long-range multi-GNSS RTK under the influence of the ionospheric disturbances – benefits from innovative ionosphere mitigation algorithm. The 7th international colloquium on scientific and fundamental aspects of GNSS 4 – 6 September 2019 ETH Zurich, Szwajcaria, poster.
  16. Paziewski J, Sieradzki R, Wielgosz P, 2019, A New Multi-Constellation Wide-Area RTK Positioning Method Suited for the Mitigation of the Ionospheric Disturbances. 8-18.07.2019, 27th IUGG General Assembly, Montreal, Kanada, prezentacja ustna.