Preliminary evaluation of the effectivness of Airborne Radio Occultation and Galileo high accuracy service

Global Navigation Satellite System (GNSS) Radio Occultation (RO) with Low Earth Orbit (LEO) receivers has revolutionized atmospheric science by providing global coverage and high vertical resolution. However, its impact in the lower troposphere is limited and temporal and spatial sampling is sparse, which is insufficient, for example, to study severe meteorological events. This limitation can be theoretically addressed by using a GNSS receiver for RO measurements onboard an aircraft. In this study, we used simulations to compare the performance of airborne and LEO-based RO. The results showed that, for constant altitude and latitude flight paths, average number of occultations is significantly lower and the duration of occultations and tangent point drift are higher compared to the LEO case. We also found that antennas pointing towards the equator (right) performs slightly better than those at the front, left, and rear in terms of number and duration of occultations. Some metrics also showed improvement for increasing latitude using certain configurations. Accurate positioning and velocity are crucial to correctly process RO measurements. Therefore, we implemented a C decoder for the Galileo High Accuracy Service (HAS), an open access and free of charge service based on the provision of precise corrections (orbit, clock, biases) transmitted in the Galileo E6 signal. Performance tests in ground and static scenarios demonstrated good decoding rates and correction availability. As a first validation, we applied the corrections in a Single Point Positioning (SPP) algorithm, which showed a consistent improvement in position accuracy compared to the case without HAS corrections.

La Radio Occultazione (RO) basata su Sistema di Navigazione Satellitare Globale (GNSS) con ricevitori in orbita terrestre bassa (LEO) ha rivoluazionato lo studio dell'atmosfera grazie alle sue peculiarità di copertura globale e alta risoluzione verticale. Tuttavia, il suo impatto in bassa troposfera è limitato e il campionamento temporale e spaziale risulta scarso, insufficiente, ad esempio, per lo studio di importanti eventi meteorologici. Stando agli studi teorici questa limitazione può essere superata utilizzando un ricevitore per misurazioni RO a bordo di un aereo. In questo studio abbiamo utilizzato delle simulazioni per confrontare le prestazioni RO da aereo con quelle LEO. I risultati hanno mostrato che, per triettorie di volo a latitudine e altitudine costanti, il numero medio di occultazioni è significativamente inferiore, e la durata delle occultazioni, e la deriva del punto di tangenza, sono maggiori rispetto al caso LEO. Abbiamo anche scoperto che le antenne puntate verso l’equatore (destra) si comportano leggermente meglio di quelle poste a fronte, sinistra e retro dell'aereo, in termini di numero e durata delle occultazioni. Alcune metriche hanno anche mostrato un miglioramento con l’aumento della latitudine in certe configurazioni. Posizionamento e velocità accurati sono cruciali per una corretta elaborazione delle misurazioni RO. Pertanto, abbiamo implementato un decodificatore in C per il servizio Galileo High Accuracy Service (HAS), un servizio aperto a tutti e gratuito che consiste nella fornitura di correzioni precise (orbita, clock, bias) trasmesso nel segnale Galileo E6. I test delle prestazioni con scenari a terra e statici hanno dimostrato buoni tassi di decodifica e disponibilità delle correzioni. Come prima convalida, abbiamo applicato le correzioni in un algoritmo di posizionamento Single Point Positioning (SPP), che ha mostrato un notevole miglioramento nell’accuratezza della posizione rispetto al caso senza correzioni HAS.