The assessment of the influence of solar storming on geodetic coordinates determined by global navigation satellite system

Abstract

Solar storms are the big error source affecting global navigation satellite system (GNSS) satellites’ orbits. Navigation and positioning systems are affected, in one way or another, by different kinds of solar storms. Much work has been done to investigate and model the extent of the errors produced by solar activity. However, most research has concentrated on ionospheric errors because these are thought to be most significant. So we think that the influence of the solar activity to the accuracy of the global navigation satellite system is not enough investigated. The dissertation consists of an introduction, four chapters and general conclusions. The introduction presents the problem and its topicality. The purposes and task of the work are formulated, and the methods used and the novelty of solutions is described. The author’s publications and structure of the thesis are presented. Chapter 1 deals with the review of scientific literature. This chapter covers the major components of the field of solar storm activities studies, describes the current state of knowledge in this field, and presents some analysis and results that are necessary as theoretical background for the study of space weather activity and relationship to ground positioning. Chapter 2 concerns the relevant theoretical issues. This chapter provides a review of the necessary orbital theory to introduce the methods to obtain GNSS satellite and ground receiver positions, as well as demonstrating the idea of finding out which satellites are in eclipse. Chapter 3 deals with the analysis of the satellite’s orbit changes in the zone of the Earth’s shadow. The original algorithms and computer procedures for the detection of the satellites in the zone of eclipse are presented. Chapter 4 gives an account of the investigations and determinations of the effects of specific solar storming events to vector positioning on the Earth surface. Author presents an original suggestion to distinguish vectors to short, middle length and long. The dissertation investigates the errors that are caused due to inaccuracies in the orbital parameters transmitted by the satellites. The orbital parameters transmitted by the satellites are compared with precise satellites’ orbits, and calculated vector’s components – with the most reliable values. Finally, the influence of the solar storming events on the precision of the point’s geodetic coordinates is shown. The author has published six articles related to these issues, i.e. five articles in reviewed scientific periodical publications; one article in of the proceedings of the international conference, while there was made six presentations at conferences.

Saulės audros daro didžiulę įtaką globalinės navigacinės palydovinės sistemos palydovų orbitoms. Navigacinės ir padėties nustatymo sistemoms vienaip ar kitaip turi įtakos skirtingų rūšių Saulės audros. Daug nuveikta tiriant ir modeliuojant Saulės aktyvumo iššauktų klaidų mastus. Didelė dalis mokslinių tyrimų yra sutelkta į jonosferos sukeliamus klaidų šaltinius, nes buvo galvojama, kad jų įtaka yra didžiausia. Tačiau Saulės aktyvumo įtaka globalinės navigacinės palydovinės sistemos tikslumui, nėra pakankamai ištirta. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai ir rezultatų apibendrinimas. Įvadiniame skyriuje pagrindžiama tiriamoji problema, apibrėžiamas problemos aktualumas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašomas mokslinis darbo naujumas, pateikiami ginamieji disertacijos teiginiai pristatomos autoriaus publikacijos ir pranešimai konferencijose, aprašoma disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas mokslinės literatūros analizei. Jame nagrinėjami Saulės audrų įtakos navigacinėms palydovinėms sistemoms pagrindiniai komponentai, apibūdinamas dabartinių žinių lygis šioje srityje, pateikta su numatytais tyrimais susijusi analizė ir rezultatai, kurie yra būtini kaip teorinis pagrindas kosmoso oro aktyvumui ir sąsajoms su padėties nustatymu ant žemės paviršiaus tirti. Antrajame disertacijos skyriuje pateiktas atitinkantis tyrimų sričiai teorinis tyrimas. Pateikiama reikiami kosminės geodezijos metodai, siekiant nustatyti dirbtinių Žemės palydovų (DŽP) ir imtuvų ant žemės paviršiaus padėtis, taip pat pateikiamas metodas palydovams Žemės šešėlio zonoje nustatyti. Trečiajame disertacijos skyriuje analizuojama DŽP orbitos kitimas palydovui esant Žemės šešėlio zonoje. Pateikiami originalūs algoritmai ir kompiuterinės procedūros palydovų užtemimų zonoms nustatyti. Ketvirtajame disertacijos skyriuje pateikta analizė konkrečių Saulės audrų įtaka vektorių nustatymui ant Žemės paviršiaus. Autorė pristato siūlymus išskirti trumpo, vidutinio ir ilgo atstumo vektorius. Disertacijoje yra nagrinėjamos klaidos, atsiradusios dėl transliuojamų palydovų perduodamų orbitų parametrų netikslumų. Transliuojami palydovų orbitų parametrai yra lyginami su tiksliųjų orbitų elementais, o apskaičiuotų vektorių komponentai – su patikimiausiomis jų reikšmėmis. Disertacijos tema paskelbti šeši straipsniai: penki – tarptautinėse duomenų bazėse referuojamuose žurnaluose; vienas – kitose tarptautinių ir respublikinių konferencijų medžiagose, perskaityti šeši pranešimai konferencijose.