Einfluss der Ionosphäre auf die GNSS RTK Performance

Einfluss der Ionosphäre auf die GNSS RTK-Performance

Seit Beginn des Jahres 2023 erreichen uns verstärkt Meldungen von Kunden über Probleme bei der Festsetzung der RTK-Mehrdeutigkeiten. Aus diesem aktuellen Anlass informieren wir über mögliche Ursachen.

Bei hoher Sonnenaktivität kann es zu Störungen bei GNSS-Messungen kommen. Die Signale von GNSS-Satelliten (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) durchlaufen bis zu einem Empfänger auf der Erde verschiedene Schichten der Atmosphäre, die unterschiedliche Auswirkungen auf die Laufzeit der Signale haben. Die Ionosphäre ist eine dieser Schichten. Sie beginnt in etwa 80 km Höhe und enthält eine hohe Anzahl an Ionen und freien Elektronen. In der Ionosphäre werden die elektromagnetischen Signale, welche die GNSS-Satelliten aussenden, frequenzabhängig beeinflusst. Erhöht sich die Aktivität der Sonne, so treten Sonnenflecken in Gruppen auf, von denen Eruptionen an magnetischer Energie ausgehen. Diese Eruptionen verändern den Elektronengehalt der Ionosphäre.

Quelle: Solar Cycle Progression | NOAA / NWS Space Weather Prediction Center

Hierbei ist nicht die absolut hohe Aktivität der Sonne ausschlaggebend, sondern vielmehr das Auftreten starker, kurzperiodischer Schwankungen. Durch die starken Schwankungen des Elektronengehalts kommt es zu frequenzabhängigen und vor allem unregelmäßigen Veränderungen in den GNSS-Signalen.

Durch die Nutzung von Mehrfrequenzempfängern können die auf den jeweiligen Frequenzen unterschiedlichen Effekte zwar teilweise bestimmt und durch Anbringung von Korrekturen abgeschwächt werden, es verbleiben jedoch immer noch Restfehler. In der Zentrale eines GNSS-Referenzdienstes werden aus den Daten der Referenzstationen dynamische ionosphärische Modelle abgeleitet, die eine weitere Verringerung der Restfehler ermöglichen.

In Perioden mit hoher Sonnenaktivität können die Auswirkungen dieser Schwankungen jedoch so stark sein, dass die Schwellwerte der Ionosphärenmodelle überschritten werden oder durch Radioszintillationen direkte Störungen in den GNSS-Signalen auftreten. Es kommt dann zu Qualitätsverlusten, die bis zum Empfangsverlust (Loss of Lock) für einzelne oder mehrere Satelliten führen können und sich mitunter auch über längere Zeiträume auf die Festsetzung der Phasenmehrdeutigkeiten negativ auswirken.

Das Maximum des aktuellen i.d.R. 11-jährigen Sonnenzyklus wird für das Jahr 2025 erwartet. Leider sind wir jetzt schon in einem Bereich des ursprünglich vorhergesagten Maximums angelangt, und es gibt bisher keine verlässlichen Vorhersageinstrumente, die genauere Informationen für die nächsten Monate und Jahre ermöglichen.

Unsere Empfehlung zum Einfluss der Ionosphäre auf die GNSS RTK Performance

Die ALLSAT empfiehlt, alle verfügbaren GNSS-Satellitensysteme (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) sowohl in den GNSS-Empfängern als auch in den Korrekturdaten zu aktivieren und die GNSS-Empfänger immer auf dem aktuellsten Firmwarestand zu halten. Für die Steigerung der Zuverlässigkeit von GNSS-Positionsbestimmungen werden zeitlich versetzte Mehrfachmessungen und eine längere Mittelbildung unabhängiger Messungen empfohlen. Falls Sie starke Störungen beobachten, kann eine Vermeidung von Messungen um die Mittagszeit helfen, da zu dieser Zeit der Ionisierungsgrad der Ionosphäre am stärksten ist.


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”Michael

Michael Schulz

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michael.schulz@allsat.de