以前の「精度を極める」の記事では、GNSS、その誤差源、およびRTKが、ベースとローバーが十分に近ければ、二重差分計算によって大気誤差を除去できると仮定して、どのように誤差を軽減するかについて説明しました。ただし、大気層はしばしば不均一であるため、この方法では誤差を完全には除去できず、精度が低下する可能性があります。
電離層とは何か、またGNSSにどのように影響するか
電離層は地球の上層大気の重要な構成要素であり、地球の表面から約50〜1,000キロメートルの位置にあります。
太陽放射がこの大気層中の粒子に衝突すると、自由電子とイオン（電子を失ったり獲得したりした原子）が存在するようになります。イオン化の度合いは、高度、太陽活動、時間帯によって異なります。
極地のオーロラは、この上層大気の電離の目に見える結果です。RF通信、特にGNSS信号の伝送に関して、これらの荷電粒子は、信号が電離層を通過する際に遅延を生じさせます。そして、GNSSは基本的に信号が伝わる時間を考慮できることに依存しているため、これらの遅延はGNSSの精度に大きな影響を与えます。
太陽活動が活発な場合、その影響はさらに深刻になる可能性があります。電離層シンチレーションは信号を劣化させ、ナビゲーションに使用できなくなる可能性があります。太陽嵐は、インフラストラクチャに永続的または一時的な障害を引き起こす可能性もあります。以下にいくつかの例を示します。
- 1989年3月：太陽嵐の後、大規模な電力障害が観測されました
- 2000年7月：電波のブラックアウトと衛星の故障
- 2022年2月：40基のStarlink衛星が太陽嵐により破壊されました
電離層サイクルと周期性
電離層の電荷レベルは、太陽活動、季節変動、および日変化の影響を受ける周期的なパターンを示します。
太陽周期
太陽活動周期とは、太陽の活動が約11年周期で変化する現象を指します。この周期は、太陽表面の黒点の数の増減によって特徴付けられます。黒点とは、太陽表面に一時的に現れる黒い斑点で、強い磁気活動と関連しています。
太陽周期は、太陽活動極小期と太陽活動極大期の2つの主要な段階に分けられます。太陽活動極小期には、太陽の黒点が少なく、全体的な活動は比較的低くなります。周期が太陽活動極大期に向かって進むにつれて、黒点の数が増加し、太陽活動も活発になります。
太陽活動が活発な期間中、電離層は電子密度が増加し、GNSS信号に対する電離層遅延の影響が増幅されます。
2020年以降、太陽活動は活発化しており、2022年後半から高い活動が記録されています。ピークは2025年に予想されています。この高い活動は、全体的なGNSS性能の低下につながり、RTK fixの取得をより困難にします。
季節的サイクル
季節変動は、電離層の挙動に重要な役割を果たします。北緯地域では一般的に、春と秋は太陽放射の増加により電離レベルが高くなり、夏と冬は電離レベルが低下します。
これらの季節変動はGNSS信号に異なる影響を与え、位置決め精度の全体的な変動に寄与します。
日周変動
電離層の日周変動は、地球の自転と太陽の位置に影響されます。地球が自転するにつれて、地域によって電離のレベルが異なります。下のプロットの TECU は Total Electron Content Unit（総電子数）の略で、電離層の活動を特徴づけ、信号が受ける遅延の増加にも関係します。
場所
上記の周期的、季節的、および日々の変動に加えて、地球上の位置は電離層活動に大きな影響を与えます。平均的な電離層活動は、地磁気赤道付近でより活発になります。
2つの日付における典型的な日々の電離層活動の例
RTKに影響を与える大気誤差：最先端技術
GNSS受信機で使用される技術に応じて、大気誤差の影響は異なります。
エントリーレベルのRTK受信機は通常、この影響に実際には対処できず、RTK修正率が低下したり、コンバージェンス時間が長くなる可能性があります。
より高度な（測地）GNSS受信機または後処理エンジンは、2つの主要な技術に基づく特定のレベルの電離層緩和を組み込んでいる場合があります。
- 特定の測定組み合わせはIono Freeと呼ばれ、一部の科学出版物ではL3とも呼ばれます。
- ナビゲーションフィルタで専用状態を使用して電離層誤差を推定
どちらの方法にもproとconがありますが、通常、ノイズが大幅に増加したり、収束時間が長くなったりします。
Ionoshieldテクノロジーでこれらの影響を軽減します
お客様を最大限にサポートするために、Qinertia 4向けに、高い電離層活動の影響を補正する画期的なテクノロジーであるIonoshieldを開発しました。
Ionoshieldは、PPKの全力を活用して、困難なGNSS条件および高い電離層活動下でも、信頼性の高いセンチメートル精度のRTK fixソリューションを提供します。Ionoshieldは大気誤差緩和アルゴリズムです。ベースとローバーでの観測を使用して、電離層と対流圏によって導入された誤差を特定します。
利用可能なすべての周波数とコンステレーションを使用して、大気誤差を推定し、補正します。インテリジェントな戦略により、収束時間を最小限に抑え、順方向/逆方向/マージ処理により、困難な条件下でもゼロ収束時間を目標にプロセスを完了します。
最後に、Ionoshieldは組み込みのRAIMアルゴリズムと連携して、シンチレーションなどの電離層の問題による誤った衛星を検出し、除外します。
このアプローチにより、Ionoshieldは大きなメリットをもたらします。
- RTK Fixに到達し、センチメートル単位の精度を発揮する比類のない能力
- アイオノフリー結合のような他の電離層処理技術とは異なり、ノイズが加わることはありません。
- 最新のマルチ周波数受信機の利点を最大限に活用し、3つの周波数と全衛星測位システムを使用して精度と堅牢性を向上させるPPK
- 陸上用途（軽度から中程度の都市環境）でも機能します。
Ionoshieldを可能な限り使いやすくするために、Qinertiaには自動選択オプションも統合されています。この自動オプションは、処理モード（シングルベースPPK、Ionoshield PPK、またはVBS）を選択する前に、電離層活動を評価します。高度なユーザーは、処理モードを手動で選択することもできます。
Ionoshieldは多大なメリットを提供しますが、いくつかの前提条件があります。
– 少なくともデュアル周波数GNSS受信機（L1/L2が推奨されます）。これは、すべてのSBG Systems製品で提供されています。Ionoshieldは、精度向上のためにトリプルバンド（L1/L2/L5）GNSS受信機の可用性も最大限に活用します。
– ログの期間と開けた場所：Ionoshieldは迅速に収束できます。ただし、電離層活動が高く、ベースとローバーで観測された誤差に大きな差がある極端な条件下では、Ionoshieldはより長い収束時間が必要になる場合があります。
Ionoshieldがデータの改善にどのように役立つかを知りたい場合は、お問い合わせください。