Najnowsze badania opublikowane w czasopiśmie „GPS Solutions” przedstawiają nową metodę łączenia danych o zegarach satelitów pochodzących z różnych ośrodków analizujących obserwacje GNSS. Wyniki – szczegółowo opisane w artykule pt. „Multi-GNSS clock combination for PPP with an epoch-wise clock alignment and variance component estimation” – są efektem międzynarodowej współpracy naukowców: Jakuba Białasa, Marcina Mikosia i Krzysztofa Sośnicy (Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu), Radosława Zajdla (Geodetic Observatory Pecny w Czechach), Andreasa Bracka (GFZ Helmholtz Centre for Geosciences w Niemczech), Gustavo Mansura (Federal University of Paranáw Brazylii) oraz Pierre’a Sakica (Université Paris Cité w Francji).
• Dlaczego zegary satelitów są tak ważne?
Każdy satelita nawigacyjny wyposażony jest w niezwykle dokładny zegar atomowy. Pozwala on określić moment wysłania sygnału radiowego. Odbiornik na Ziemi rejestruje natomiast moment jego dotarcia. Różnica czasu pomiędzy tymi dwoma zdarzeniami pozwala wyznaczyć odległość między odbiornikiem a satelitą.
Istota problemu tkwi w tym, że światło i fale radiowe poruszają się bardzo szybko. Sygnał GNSS pokonuje około 300 metrów w ciągu jednej mikrosekundy. Oznacza to, że nawet niewielki błąd zegara może przełożyć się na znaczący błąd wyznaczonej pozycji.
Dlatego w precyzyjnym pozycjonowaniu niezbędne są bardzo dokładne poprawki zegarów satelitów. Są one wyznaczane przez specjalistyczne centra analiz, działające w ramach International GNSS Service (IGS).
• Jeden satelita, wiele niezależnych analiz
Poszczególne centra IGS analizują dane niezależnie, wykorzystując różne oprogramowanie, modele i strategie przetwarzania. W rezultacie ich rozwiązania mogą się nieznacznie różnić.
Celem jest więc połączenie wielu niezależnych rozwiązań w jeden możliwie stabilny i dokładny produkt. Nie wystarczy jednak zwykłe uśrednienie wyników, ponieważ zegary satelitów wykazują zmiany częstotliwości i inne nieliniowe zachowania w czasie.
Autorzy badań proponują strategię wyrównania epokowego. Zamiast dopasowywać jeden model do całego analizowanego okresu, rozwiązania są porównywane i wyrównywane w kolejnych epokach obserwacyjnych. Pozwala to lepiej odwzorować rzeczywiste zmiany zachodzące w pracy zegarów.
• Jedno rozwiązanie dla czterech systemów GNSS
Dotychczasowe prace nad zintegrowanymi produktami IGS skupiały się przede wszystkim na GPS i GLONASS. Nowe rozwiązanie rozszerza tę koncepcję na cztery globalne systemy: GPS, Galileo, GLONASS i BeiDou.
Opracowana metoda umożliwia zatem zintegrowane łączenie poprawek zegarów dla wszystkich czterech systemów GNSS. Co istotne, została zaimplementowana w otwartym i dostępnym dla użytkowników oprogramowaniu open-source, dzięki czemu może być niezależnie testowana, rozwijana i wykorzystywana przez społeczność naukową.
Dalszy rozwój takich metod może przyczynić się do poprawy jakości produktów GNSS używanych w precyzyjnym pozycjonowaniu, geodezji satelitarnej i innych zastosowaniach wymagających bardzo dokładnej informacji o czasie i pozycji.
