Atmosphärenbeobachtungen mit Hilfe von GNSS-Signalen
Die Laufzeitverzögerungen, die die GNSS-Satellitensignale auf ihrem Weg durch die Erdatmosphäre (im Wesentlichen durch Ionosphäre und Troposphäre) erfahren, beeinflussen die geodätische Nutzung dieser Systeme. Zwar können die größten Anteile dieser Verzögerungen durch Mehrfrequenz-Messungen oder einfache Korrekturmodelle beseitigt werden, trotzdem verbleiben immer Restabweichungen, die die geodätischen Resultate beeinflussen. Ziel ist es, diese Resteinflüsse durch verbesserte Algorithmen und Modellierungen zu erfassen und damit ihre Wirkung immer weiter zu verringern. Die Modellierungsergebnisse sind gleichzeitig ein unerschöpfliches Reservoir für die Atmosphärenbeobachtung und -forschung.
I95-Index
Als ein Nebenprodukt verbesserter Ionosphärenmodellierung wurde am Geodätischen Institut Ende der 1990 Jahre der so genannte I95-Index zur Quantifizierung ionosphärischer Einflüsse für Anwendungen mit Genauigkeitsansprüchen auf cm-Niveau entwickelt, der inzwischen weite Verbreitung fand.
Bei der GNSS-gestützten Positionsbestimmung in Netzen von regionalen Referenzstationen wird vielfach mit virtuellen Referenzstationen (VRS) gearbeitet. Als Zwischenprodukt bei der Berechnung von VRS-Beobachtungen werden Korrekturmodelle der entfernungsabhängig wirkenden Fehlereinflüsse in Form von Flächenkorrekturparametern (FKP) erzeugt. Ionosphärische FKP ergeben ein detailliertes Bild des Einflusses der ionosphärischen Laufzeitfehler auf cm-genaue relative Positionierung. Für einen schnellen Überblick über die ionosphärischen Verhältnisse ist es sinnvoll, die ionosphärischen FKP-Werte zu stundenweisen Index-Werten zusammenzufassen.
Große I95-Indexwerte zeigen an, dass mit vermehrten Problemen bei der klassischen Basislinienlösung (verzögerte Mehrdeutigkeitslösung, geringere Koordinatengenauigkeit) zu rechnen ist. Teilweise kann dies mit verlängerter Messdauer ausgeglichen werden. Erfahrungen zeigen, dass es bei großen I95-Indexwerten auch Probleme bei der Positionsbestimmung innerhalb von Referenzstationsnetzen geben kann. FKP-Werte und VRS-Beobachtungen können nicht mehr vollständig erzeugt werden und die Qualität der ionosphärische Modellierung verringert sich.
Das Landesamt für Vermessung und Geoinformation Sachsen-Anhalt in Magdeburg berechnet seit einigen Jahren den an der TU Dresden entwickelten I95-Index in der Form stündlicher Werte aus den Beobachtungen von drei seiner GPS-Referenzstationen. Für untenstehende Abbildung wurden Wochenmittel der I95-Werte gebildet und in einem Koordinatensystem von Datum und Tageszeit dargestellt. Deutlich ist die Abhängigkeit der ionosphärisch bedingten Probleme vom elfjährigen Sonnenaktivitätszyklus zu erkennen, der 2000 bis 2002 und 2013 bis 2015 Maxima aufwies. In Mitteleuropa traten dabei große I95-Werte fast ausschließlich in den Tagesstunden der Wintermonate auf.
Auch das LGLN, Hannover erzeugt I95-Indexwerte. Sie werden aus den Beobachtungsdaten von vier GPS-Referenzstationen in Niedersachsen berechnet und stündlich aufdatiert. Zugriff auf aktuelle Stundenwerte und archivierte Daten besteht über die "Ionosphären Index"-Seite der LGN.
Literatur
Wanninger, L. (2023): Die befleckte Sonne - GNSS-Vermessung unter erschwerten Bedingungen. FORUM (BDVI), Heft 2/2023, S. 40-42
Wanninger, L. (2004): Ionospheric Disturbance Indices for RTK and Network RTK Positioning. Proceedings of ION GNSS 2004, Long Beach, CA, S. 2849-2854.