Stypendium Fundacji na rzecz Nauki Polskiej dla dr. Kaźmierskiego

Program START jest największym w Polsce programem stypendialnym dla najlepszych badaczy przed trzydziestką reprezentujących wszystkie dziedziny nauki. W tym roku po raz 27. Fundacja na rzecz Nauki Polskiej wybrała 100 laureatów, którzy za swoje dotychczasowe osiągnięcia otrzymali stypendium w wysokości 28 tys. zł. Wśród nich znalazł się dr Kamil Kaźmierski z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki UPWr.

– Głównym tematem mojej pracy jest zwiększenie dokładności pozycjonowania z wykorzystaniem globalnych systemów nawigacji satelitarnej (ang. Global Navigation Satellite Systems, GNSS – przy. red.). Skupiam się na pozycjonowaniu w czasie rzeczywistym wykorzystując technikę PPP, czyli Precise Point Positioning. Przez ostatnie lata udoskonalałem sposób pozycjonowania wykorzystując obserwacje satelitarne pochodzące z wszystkich globalnych systemów nawigacyjnych: amerykańskiego GPS, europejskiego Galileo, rosyjskiego GLONASS i chińskiego BeiDou – mówi dr Kaźmierski.

Najdokładniejsze techniki pozycjonowania wykorzystują pozycjonowanie względne, bazujące na gęstej i zarazem kosztownej sieć stacji referencyjnych, czyli naziemnej sieci stacji GNSS rozmieszczonych na danym terenie – odbiorniki śledzą sygnały satelitarne, które przetwarzane są w centrach analiz i transmitowane w postaci korekt do użytkowników. W pozycjonowaniu względnym trzeba dysponować co najmniej dwoma odbiornikami satelitarnymi położonymi blisko siebie, z czego co najmniej jeden musi być umieszczony na punkcie o dokładnie znanej pozycji, co jest bardzo utrudnione na pustyni lub na morzu, gdzie nie ma żadnych punktów geodezyjnych. W przypadku pozycjonowania autonomicznego PPP jest inaczej – użytkownikowi wystarczy jeden odbiornik i dostęp do Internetu. Transmitowane za pomocą Internetu korekty, między innymi zegarów i orbit satelitów, oraz modele aplikowane do równań obserwacyjnych, pozwalają zwiększyć dokładność otrzymywanej pozycji z poziomu kilku metrów nawet do kilkunastu milimetrów. Dzięki temu technika ta może być wykorzystywana na pustyni, na oceanie w systemach wczesnego ostrzegania przed tsunami, w rolnictwie precyzyjnym, w numerycznych modelach prognozy pogody, w nawigacji statków powietrznych oraz wszędzie tam, gdzie wymagana jest dokładna pozycja.

W związku z tym, że systemy nawigacyjne GPS, Galileo, GLONASS i BeiDou rozwijane są niezależnie, charakteryzują się różnymi założeniami koncepcyjnymi i fizycznymi, np. inną częstotliwością sygnałów oraz inną stabilnością zegarów atomowych na pokładach satelitów. – Dlatego problem integracji obserwacji pochodzących z tym systemów jest tak istotny. Prowadzone przeze mnie prace pokazały, że jakość korekt orbit satelitów i zegarów atomowych udostępnianych przez centra analiz, np. przez Francuską Agencję Kosmiczną, jest niejednorodna. Ta różnorodność sprawia, że oczekiwany efekt poprawy dokładności pozycjonowania z wykorzystaniem więcej niż jednego systemu jest niewielki lub w ogóle nie występuje. W skrajnych przypadkach może się okazać, że dodatkowe systemy nie tylko nie poprawią jakości pozycjonowania, ale ją zdegradują. Tak się dzieje w przypadku satelitów chińskiego systemu umieszczonych na orbitach geostacjonarnych i geosynchronicznych, które posiadają orbity i zegary gorszej jakości. Bazując na analizie dokładności dostępnych korekt wspólnie z kolegami z instytutu wypracowaliśmy sposób optymalnej integracji systemów poprzez uwzględnienie jakości obserwacji satelitarnych. To pozwoliło uzyskać korzyść z wykorzystania dodatkowych systemów nawigacyjnych, poprawiając między innymi powtarzalność otrzymywanych współrzędnych i przyspieszyć czas uzyskiwania precyzyjnej pozycji – wyjaśnia dr Kamil Kaźmierski.

Jednocześnie z pracami nad algorytmami w technice PPP oraz rozwojem oprogramowania GNSS-WARP (Wroclaw Algorithms for Real-time Positioning) powstałego w IGiG, dr Kaźmierski pracował w projektach finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki, Unię Europejską oraz Europejską Agencję Kosmiczną. W jednym z nich naukowcy UPWr stworzyli serwis on-line umożliwiający korygowanie plików obserwacyjnych z systemów GPS, GLONASS, Galileo i BeiDou o zaniedbywaną dotychczas część opóźnienia jonosferycznego wynikającą m.in. z ugięcia sygnału radiowego w jonosferze oraz zależną od zmian w aktywności pola magnetycznego Ziemi. Obecnie dr Kaźmierski kontynuuje pracę związaną z pozycjonowaniem i analizą korekt stosowanych w PPP, budując serwis ich ciągłej kontroli. W pozycjonowaniu skupia się na europejskim, jedynym cywilnym systemie Galileo będącym priorytetowym projektem Europejskiej Agencji Kosmicznej.

mj