Untersuchung der Qualität von GPS Echtzeit Ephemeriden für die Bestimmung troposphärischer Laufzeitverzögerungen

Abstract

Für die kurzfristige Wettervorhersage bilden die Parameter der Troposphäre, vor allem der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre, eine wichtige Informationsquelle. Anhand der GPS-Meteorologie ist es möglich, durch Auswertung von Beobachtungen von GPS-Referenzstationen mittels Precise Point Positioning, diese Troposphärenparameter zu schätzen. Die Grundlage bilden Informationen über die Satellitenposition und den Satellitenuhroffset in Form von präzisen Ephemeriden. Deren Genauigkeit ist jedoch vom Zeitpunkt der Bereitstellung der Daten abhängig. Die Schätzung der Troposphärenparameter für die kurzfristige Wettervorhersage wird durch die Bereitstellung von IGS-Echtzeitkorrekturen ermöglicht. Für die Untersuchung der Qualität und Auswirkung der Echtzeitdaten auf die Troposphären-Parameterschätzung wurden in einem definierten Untersuchungszeitraum Satellitenpositionen und Uhroffsets aus Broadcast Ephemeriden berechnet und mit den Daten aus den unterschiedlichen Korrekturdatenströmen verbessert. Anschließend wurden auf Grundlage dieser Werte in NAPEOS Troposphärenparameter geschätzt und mit Referenzwerten, berechnet aus IGSFinal und Ultra Rapid Produkten, qualitativ verglichen. Die Vergleiche mit den aus IGS-Final Produkten geschätzten troposphärischen Verzögerungen zeigen die geringsten Abweichungen zu den aus IGC01 Echtzeitkorrekturen geschätztenWerten. Eine möglichst hohe zeitliche Auflösung bei der Erstellung der Ephemeriden wirkt sich auf die Qualität der geschätzten Troposphärenparameter positiv aus. Bei der Schätzung der Troposphärenparameter basierend auf Echtzeit-korrigierten Ephemeriden werden im Vergleich zu jener aus Ultra Rapid Orbits deutliche Verbesserungen erzielt.

The parameters of the troposphere, especially the water vapor content of the atmosphere, are an important source of information for short-term weather forecasts. Through GPS meteorology methods it is possible to estimate values for those parameters by analyzing GPS reference stations data using the Precise Point Positioning approach. Accurate information on the satellite position and the satellite clock given in precise ephemeris form the basis for these estimates. The accuracy of the ephemeris is heavily dependent on signal delays. The evaluation of the data in real time is desirable, especially for short-term weather forecasting. The estimation of troposphere parameters in real time is made possible through the provision of Real Time Correction by the IGS. Quality and impact of those Real Time Corrections on the final troposphere parameters are assessed by calculating satellite positions and clock offsets using broadcast ephemeris and subsequently incorporating different Real Time Correction streams. Based on these improved satellite position and clock offset values, tropospheric slant delays are estimated using the NAPEOS software package. The resulting values are compared to parameters calculated based on IGS Final Orbits and Ultra Rapid products as well. The analysis is set in a predefined time period and carried out for selected reference stations. Tropospheric delays estimated from IGS Final Orbits show the smallest deviation from IGC01 Real Time Correction stream (based on BIAS and RMSE) data. It is concluded that high temporal resolution used in the calculation of improved satellite information has a positive impact on the estimation of tropospheric parameters. Furthermore, estimates based on real time corrected ephemeris achieve significant improvement compared to those based on Ultra Rapid Orbits.