COMPARATIVE STUDY OF METHODS FOR CALCULATING IONOSPHERIC POINTS AND DESCRIBING THE GNSS SIGNAL PATH

Abstract

Abstract: Many efforts have been done in the last decades to improve the formulation of ionospheric models based on data derived from the Global Navigation Satellite System (GNSS). Despite significant improvements in estimating the electron content of the GNSS signal path, little attention has been given to the geometric precision of ionospheric points that describe the signal path. In this work, we show a pioneer comparison about the geometric quality of the ionospheric points using distinct methods. Such analysis was carried out by calculating the GNSS signal path through three methods: a well-known geometric formulation; a new method based on linear approximations; and the used by NeQuick and recommended by the International Telecommunication Union, which was used as reference. As a result, we verified that the mean error of the well-known formulation was about 0.7 km and for the new method was at the level of 10-11 km. Also, the proposed method has the advantage to enable the calculation of ionospheric points for GNSS signals with negative elevation angles. Once negative elevation angles derived from Radio-Occultation techniques are definitively important to improve the geometrical coverage of ionospheric modeling, the proposed technique can be useful in the development of ionospheric modeling processes.Resumo: Muitos esforços foram feitos nas últimas décadas para aprimorar a formulação de modelos ionosféricos baseados em dados derivados do Global Navigation Satellite System (GNSS). No entanto, apesar de significativos avanços na estimação da densidade eletrônica contida no trajeto do sinal GNSS, pouca atenção vem sendo dada à precisão geométrica dos pontos que descrevem a trajetória do sinal. Neste trabalho, uma comparação pioneira é apresentada sobre a qualidade geométrica dos pontos ionosféricos usando distintos métodos para descrever o trajeto do sinal GNSS na ionosfera. As análises foram realizadas com três métodos: uma formulação geométrica amplamente conhecida; um novo método baseado em aproximações lineares; e o método utilizado pelo modelo NeQuick e recomendado pela International Telecommunication Union, o qual foi usado como referência. Como resultado, a média do erro do método amplamente usado foi de 0.7 km e do método proposto foi ao nível de 10-11 km. Além disso, o método proposto tem a vantagem de fornecer uma forma para calcular pontos ionosféricos em sinais GNSS com ângulos de elevação negativos. Uma vez que os ângulos de elevação negativos derivados de técnicas de Rádio-Ocultação são definitivamente importantes para aprimorar a cobertura geométrica para modelos ionosféricos, a técnica proposta pode ser útil no desenvolvimento de novos modelos ionosféricos.