2D PWV monitoring of a wide and orographically complex area with a low dense GNSS network

Ferrando, Ilaria; Federici, Bianca; Sguerso, Domenico

doi:10.1186/s40623-018-0824-6

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“…Based on this principle, the measurement accuracy can be improved according to the error correlation among baselines in a GNSS baseline network [4], [5]. The network adjustment is a classical technique in GNSS surveying [6] and widely used in practice, e.g., the study of tectonic activity and earthquake hazards [7], the development of online control and alarm system [8], Continuously Operating Reference Stations (CORS) network for modern cities [9], and Precipitable Water Vapor (PWV) monitoring for meterorology [10].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Multi-Antenna GNSS-Over-Fiber Architecture for Extensive Remote Multi-Baseline Network

Liu

Zou

et al. 2020

IEEE Photonics J.

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GNSS carrier-phase-based double-difference positioning has been widely used in various precision positioning systems. This paper proposes a cost-effective scheme for an extensive multi-antenna remote multi-baseline network using a single GNSS-over-fiber system. First, GNSS signals are acquired by multiple remote antennas and transmitted to the local station through long microwave photonic links. Second, the GNSS receivers are reused in time division multiplexing mode via fast multi-port optical switches, providing enhanced temporal resolution and low cost for supporting massive monitoring antennas. Finally, compared with a single baseline, the standard deviation of the three-dimensional coordinate in the multi-baseline network is significantly reduced from millimeter to submillimeter level (from 2.9 mm to 0.5 mm). It demonstrates that a smaller number of receivers can support more synchronous observation loops, as well as an asynchronous group of them by fast switching, in this proposed scheme. The main contributions are twofold. First, the GNSS-over-fiber architecture is exploited and extended from single to multiple baselines, extending the spatial coverage. Second, the GNSS receivers are reused via optical switches in a fast surveying campaign, providing enhanced temporal resolution cost-effectively. This work will find applications in the large-scale GNSS baseline network, such as civil engineering and natural environment measurement.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Multi-Antenna GNSS-Over-Fiber Architecture for Extensive Remote Multi-Baseline Network

Liu

Zou

et al. 2020

IEEE Photonics J.

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“…With the advances in GNSS technology, new research fields such as local-scale water vapor variation associated with deep convection, water vapor monitoring over the ocean, and 3D tomography are beginning to produce results. Ferrando et al (2018) present a procedure, termed G4 M (GNSS for Meteorology), which produces 2D PWV maps with high spatiotemporal resolution based on a simplified mathematical model, PWV variations with respect to a "calm" moment, and heterogeneity index (an indicator of a local severe meteorological event). The G4M maps were compared with meteorological simulations of a severe weather event that occurred in Genoa (Italy).…”

Section: Ground-based Gnss Network and Radio Occultation (Ro)mentioning

confidence: 99%

Special issue “GNSS and SAR Technologies for Atmospheric Sensing”

Tsuda

Realini²,

Shoji

et al. 2018

Earth Planets Space

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“…Desde entonces hasta la fecha, se desarrollaron infinidad de investigaciones y aplicaciones en esta área que se encuentra completamente cimentada. Su capacidad operativa y la expansión permanente de las estaciones de monitoreo continuo, la han transformado en una de las técnicas más elegidas para analizar el vapor de agua (Guerova et al, 2019;Ferrando et al, 2018a;Zhao et al, 2018;Wang et al, 2018;Huelsing et al, 2017) Las estimaciones GNSS de IWV , han sido comparadas con valores obtenidos mediante otros dispositivos, como la radiosonda, el radiómetro de vapor de agua, o el LIDAR. La diferencia promedio entre GNSS y las otras técnicas es de unos dos milímetros (Li et al, 2003;Liou et al, 2001;Sakai et al, 2007).…”

Section: Breve Discusión Sobre El Iwv Gnssunclassified

“…Recientemente se ha empezado a investigar en la aplicación definitiva del IWV a partir de GNSS, junto con otros productos derivados de las técnicas de la geodesia espacial, a la detección de patrones que permitan estudiar eventos meteorológicos severos y otros efectos sobre el clima (De Haan et al, 2020;Ferrando et al, 2018b), obteniendo índices que anticipen la intensidad de los mismos y sirvan para mitigar sus efectos. En este trabajo tomaremos parte de lo desarrollado por Manandhar et al (2018) e implementaremos algunos resultados para la obtención de un índice que nos permita conocer la inminencia del evento en cuestión.…”

Section: Observaciones De Iwv Gnss Para El Estudio De Eventos Meteorológicosunclassified

Estimación de parámetros troposféricos en tiempo casi real para Sudamérica mediante técnicas GNSS

Paz¹,

Manuel²

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En el presente trabajo de tesis se desarrolla el diseño e implementación de un sistema de cálculo, en tiempo casi real, de parámetros troposféricos mediante técnicas de navegación global por satélite (GNSS, del inglés Global Navigation Satellite System) para Sudamérica. El desarrollo de la llamada Meteorología GNSS se remonta a principios de la década del 90 donde se encuentran los trabajos fundacionales de esta disciplina. Con el correr de los años, nuevas contribuciones han ido definiendo los reales alcances de esta técnica, poniendo en práctica metodologías cada vez más contrastadas con los métodos de medición tradicionales. En los últimos años los esfuerzos se han enfocado en el desarrollo de procedimientos de cálculo que permitan la utilización de los datos GNSS, cada vez más numerosos, en la asimilación para modelos meteorológicos (en especial los de corto plazo), permitiendo así anticipar eventos con alto impacto a la sociedad civil (tormentas con granizo, inundaciones repentinas, eventos convectivos de mesoescala, etc). Numerosos trabajos se han centrado en la implementación de la meteorología GNSS en Europa, Estados Unidos y Japón. Para la región Sudamericana existen pocos y recientes antecedentes de la aplicación de estas metodologías. Se desarrolló un sistema de cálculo, que permite hacer uso de infraestructura existente en la región, tanto meteorológica como geodésica, enfocado en la obtención de las variables de interés meteorológico como son el retardo troposférico cenital (ZTD, del inglés Zenith Total Delay) y el vapor de agua integrado (IWV, del inglés Integrated Water Vapor). Por otra parte, se han realizado estudios en la aplicación del ZTD y el IWV a índices que permitan dar información rápida acerca de posibles eventos meteorológicos severos. En este trabajo se desarrollan las estrategias diseñadas para la adquisición de los datos, su disponibilidad y alcance. Las problemáticas en la disponibilidad de los mismos, de acuerdo a su procedencia, son descriptas y sorteadas. Seguidamente se brinda una detallada descripción de la metodología de estimación de las observaciones, haciendo especial foco en los parámetros de retardo troposférico cenital (ZTD, del ingles Zenith Tropospheric Delay) y vapor de agua integrado (IWV, del inglés Integrated Water Vapor) mediante el procesamiento de las observaciones GNSS y meteorológicas. Una vez que se tienen los resultados, la presentación de los mismos y los posibles formato de intercambio con las instituciones potenciales usuarias del dato son discutidos. Finalizando esta sección se hace un análisis de la performance del sistema de procesamiento contra las técnicas de radio sondeo (convencionales) y alguno de los modelos de reanálisis mas utilizados. En una segunda etapa se explora las distintas capacidades del IWV GNSS para representar las variaciones temporales y espaciales de la distribución del vapor de agua atmosférico frente a distintas situaciones meteorológicas. También, se describe el desarrollo de posibles índices de alerta que hagan utilización de la información disponible a partir del IWV GNSS. Basándose en bibliografía actualizada se comparan las distintas posibilidades de aplicación a la región de estudio en función de la frecuencia temporal y espacial de las observaciones. Los resultados son presentados analizando un evento de interés meteorológico para la región central de Argentina. Finalmente, los puntos mas salientes del presente trabajo son presentados en las conclusiones. Las mismas abarcan desde el sistema de descarga de datos hasta la implementación de los índices de alerta. Se formulan las posibles derivaciones del trabajo y sus implicancias en la mejora continua de este sistema, que en tiempo casi real, provee información sobre los parámetros de ZTD e IWV. Una sección final describe cuáles son las recomendaciones que permitirían mejoras en la utilización de los datos provistos para conseguir un máximo aprovechamiento de los mismos.

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2D PWV monitoring of a wide and orographically complex area with a low dense GNSS network

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Estimación de parámetros troposféricos en tiempo casi real para Sudamérica mediante técnicas GNSS

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