Application of IGS Products for Air Navigation

Single Point Positioning (SPP) method is widely used in air, marine, and land navigation to determine the user’s position in real time and post factum. A typical accuracy for this method of determining the user’s position in the static mode is approximately 10 meters. In air operations, the SPP method accuracy can be several times lower and that may cause problems with precise positioning of an aircraft. The authors of this article presented preliminary results of research concerning aircraft positioning in the kinematic mode based on GPS observations. For this purpose, an in-flight experiment, in which a Cessna 172 aircraft was used, was performed at the airport in Mielec, Poland. The aircraft was equipped with a dual-frequency Topcon TPS HiperPro receiver, which was recording satellite observations with 1-second interval. The aircraft position was determined using the least-squares method (LSM) in the RTKLIB (RTKPOST module) software. Two research tests were performed within the scope of the experiment, i.e. in test I the aircraft position was determined on the basis of raw GPS observations and the broadcast ephemeris data whereas in test II precision products of the IGS were used, such as: precise ephemeris SP3, DCB hardware delay, clock bias data of GPS satellites and receivers in the CLK format, data of the ionosphere maps based on IONEX format, and phase center calibration of GPS satellites and receivers in the ANTEX format. The use of the IGS precision products improved the accuracy of the X coordinate to 1 m, Y to 0.7 m and Z to 1.3 m. On the basis of tests I and II, an additional RMS-3D parameter was determined, whose mean value was 4 m.

Metoda pozycjonowania w czasie rzeczywistym, nazywana Single Point Positioning, jest powszechnie stosowana w nawigacji lotniczej, morskiej, a także lądowej do określania pozycji użytkownika w czasie rzeczywistym, niekiedy również post-processing. Zwykle dokładność metody w przypadku użytkownika, który nie przemieszcza się, oceniana jest na około 10 metrów. W operacjach lotniczych jej dokładność bywa wielokrotnie niższa, co często stwarza problemy. Autorzy artykułu przedstawiają wstępne wyniki badań odnośnie dokładności pozycjonowania samolotu w wariancie dynamicznym z wykorzystaniem systemu GPS. W tym celu na lotnisku Mielec przeprowadzono eksperyment w locie z użyciem samolotu Cessna 172, który wyposażono w dwuczęstotliwościowy odbiornik Topcon TPS HiperPro rejestrujący obserwacje co sekundę. Jako pozycje referencyjne przyjęto pozycje obliczane metodą najmniejszych kwadratów programem RTKLIB (moduł RTKPOST). W ramach opisywanego eksperymentu przeprowadzono dwa testy - w pierwszym określano pozycje z użyciem surowych pomiarów GPS oraz efemeryd pokładowych, w drugim użyto efemeryd oferowanych przez IGS. Były to takie dane, jak efemerydy precyzyjne SP3, poprawki zegarów satelitów w formacie CLK, mapy jonosfery w formacie IONEX oraz dane odnośnie centrum fazowego anten w formacie ANTEX. Użycie produktów oferowanych przez IGS znacząco poprawiło dokładność wyznaczeń, przy czym współrzędna X została wyznaczona z dokładnością 1 m, współrzędna Y - 0,7 m, natomiast Z - 1,3 m. Dodatkowo wyznaczono średni błąd pozycji w przestrzeni 3D, którego wartość wyniosła około 4 m.