Talk about what BDGIM model testing in mid-latitudes shows based on single-receiver GNSS data
Date:
🇷🇺 Тестирование ионосферной модели BDGIM в средних широтах на основе данных одиночного GNSS-приемника.
Ионосферная задержка распространения радиосигнала является одним из основных источников ошибок в задаче позиционирования с использованием глобальных спутниковых навигационных систем GNSS (GPS/ГЛОНАСС/BeiDou и др.). Она определяется распределением электронной концентрации в ионосфере и пропорциональна полному электронному содержанию TEC вдоль луча спутник-приемник. В зависимости от гелиогеофизических условий, времени суток,а также угла возвышения навигационного спутника ионосферная задержка может существенным образом варьироваться от десятков до более чем сотни метров. В случае использования одночастотного режима навигации ионосферная задержка должна быть оценена с достаточной точностью с использованием эмпирической ионосферной модели. Среди таких моделей наиболее часто используют модель Клобучара. Вместе с тем в последние годы с развитием китайской навигационной системы BeiDou была разработана новая эмпирическая модель ионосферы BDGIM, использующая больший по сравнению с моделью Клобучара набор коэффициентов при оценке ионосферной задержки, что в потенциале может обеспечить большую точность.
Задачей настоящей работы было протестировать модель BDGIM на данных одиночного GNSS приемника, расположенного на физическом факультете МГУ. При этом сравнивались экспериментальные оценки вертикального TEC, полученные с помощью приемника и модельные предсказания согласно модели Клобучара и BDGIM. Показано, что в спокойных геомагнитных условиях наблюдается практически 20% улучшение в оценке TEC при использовании модели BDGIM, по сравнению с моделью Клобучара. В условиях геомагнитных возмущений обе модели могут как существенно недооценивать, так и переоценивать TEC, что говорит о необходимости дальнейшего совершенствования данного типа эмпирических моделей для осуществления высокоточной навигации в одночастотном режиме.
🇺🇸 Testing the BDGIM Ionospheric Model in Mid-Latitudes Using Data from a Single GNSS Receiver
The ionospheric delay of radio signal propagation is one of the main sources of error in positioning using Global Navigation Satellite Systems (GNSS) (GPS/GLONASS/BeiDou, etc.). It is determined by the distribution of electron density in the ionosphere and is proportional to the Total Electron Content (TEC) along the satellite–receiver path. Depending on heliogeophysical conditions, time of day, and the elevation angle of the navigation satellite, the ionospheric delay can vary significantly, ranging from tens to more than one hundred meters. In the case of single-frequency navigation, the ionospheric delay must be estimated with sufficient accuracy using an empirical ionospheric model. Among such models, the Klobuchar model is most commonly used. However, in recent years, with the development of the Chinese BeiDou navigation system, a new empirical ionospheric model, BDGIM, has been developed. This model uses a larger set of coefficients compared to the Klobuchar model for estimating ionospheric delay, which potentially allows for higher accuracy.
The aim of the present study was to test the BDGIM model using data from a single GNSS receiver located at the Faculty of Physics of Moscow State University. Experimental estimates of vertical TEC obtained from the receiver were compared with model predictions according to the Klobuchar and BDGIM models. It was shown that under quiet geomagnetic conditions, the use of BDGIM provided nearly a 20% improvement in TEC estimation compared to the Klobuchar model. Under geomagnetic disturbances, however, both models can significantly underestimate or overestimate TEC, indicating the need for further refinement of such empirical models in order to achieve high-precision navigation in single-frequency mode.
🇨🇳 基于单台 GNSS 接收机数据的中纬度地区 BDGIM 电离层模型测试
电离层对无线电信号传播的延迟是使用全球卫星导航系统（GNSS）（GPS/GLONASS/北斗等）进行定位时的主要误差来源之一。它由电离层中电子浓度的分布决定，并且与卫星—接收机路径上的总电子含量（TEC）成正比。根据太阳—地球物理条件、昼夜时段以及导航卫星的仰角不同，电离层延迟可能发生显著变化，从几十米到超过一百米不等。在单频导航模式下，电离层延迟必须通过经验电离层模型以足够精度进行估计。在这类模型中，最常用的是Klobuchar模型。然而，近年来随着中国北斗导航系统的发展，研发出了一种新的经验电离层模型BDGIM。该模型在估计电离层延迟时使用的系数数量比Klobuchar模型更多，从而在潜在上能够提供更高的精度。
本研究的目标是利用安装在莫斯科国立大学物理系的一台单一GNSS接收机的数据来测试BDGIM模型。我们将接收机获得的垂直TEC实验估计与Klobuchar模型和BDGIM模型的预测结果进行了比较。结果表明，在平静的地磁条件下，采用BDGIM模型在TEC估计上相比Klobuchar模型有近20%的改进。然而，在地磁扰动条件下，两种模型都可能严重低估或高估TEC，这表明若要在单频模式下实现高精度导航，还需要进一步改进这类经验模型。