Analyzing the role of differential code bias errors in total electron content measurements

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis

Authors

Date

2025-09-29

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Geoinformatics

Language

en

Pages

32

Series

Abstract

Accurate GNSS measurements are required in many parts of today’s society. However, the GNSS signals traveling through Earth’s ionosphere experience delays when passing from the GNSS satellite to the receiver, causing errors in positioning. As the signals used travel at different frequencies through the ionosphere, this leads to experiencing Differential Code Bias, which are systematic errors between two GNSS code observations. This thesis focused on potential errors in the process of estimating the electron density of ionosphere caused by flaws in applying the DCB corrections. The main focus of this thesis was to study sudden jump offsets discovered in ESA’s Swarm TEC data, and to compare the DCB products of various analysis centres providing DCB estimates. This was done by manually calculating TEC values based on GNSS observations and applying the corrections of each DCB provider individually. The results of the analysis showed that while the DCB of products compared in the thesis had minor differences when compared to each other, the resulting TEC values all showed a similar offset on certain days throughout the analysis. Instead, significant variation in the values for the DCB estimates of the GNSS receiver onboard the Swarm satellite were discovered and deemed to be the likely cause of the jump offsets.

Tarkat GNSS-mittaukset ovat välttämättömiä monilla yhteiskunnan osa-alueilla. GNSS-signaalit kuitenkin viivästyvät kulkiessaan Maan ionosfäärin läpi satelliitista vastaanottimeen, mikä aiheuttaa virheitä paikannuksessa. Koska ionosfäärin läpi kulkevat signaalit etenevät eri taajuuksilla, tämä johtaa differentiaalisiin koodipoikkeamiin (DCB), jotka ovat systemaattisia virheitä kahden GNSS-koodihavainnon välillä. Tämä työ keskittyi ionosfäärin elektronitiheyden arvioinnissa mahdollisesti esiintyviin virheisiin, joita voi syntyä DCB-korjausten virheellisen soveltamisen seurauksena. Työn päätavoitteena oli tutkia äkillisiä hyppymäisiä siirtymiä, joita havaittiin ESA:n Swarm-satelliittien TEC-aineistossa, sekä verrata eri analyysikeskusten tuottamia DCB-arvoja. Tämä toteutettiin laskemalla TEC-arvot manuaalisesti GNSS-havaintojen perusteella ja lisäämällä kunkin DCB-tuottajan korjaukset erikseen. Analyysin tulokset osoittivat, että vaikka eri keskusten DCB-tuotteet erosivat toisistaan vain hieman, kaikissa tarkastelluissa TEC-arvoissa ilmeni samankaltaisia siirtymiä tietyinä päivinä. Sen sijaan Swarm-satelliitin GNSS-vastaanottimen DCB-arvoissa havaittiin merkittäviä vaihteluita, jotka todennäköisesti selittävät havaitut hyppymäiset siirtymät.

Description

Supervisor

Nordman, Maaria

Thesis advisor

Ejigu, Yohannes Getachew

Keywords

total electron content, differential code bias, ionospheric delay, swarm, global navigation satellite system, electron density

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202510218440

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG