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EFEITOS DE 1ª, 2ª e 3ª ORDEM DA IONOSFERA NAS OBSERVÁVEIS GPS

EFEITOS DE 1ª, 2ª e 3ª ORDEM DA IONOSFERA NAS OBSERVÁVEIS GPS. Mestrando: Haroldo Antonio Marques Orientador: João Francisco Galera Monico. INTRODUÇÃO. Processamento dos dados GPS Comumente utilizam-se as duplas diferenças Resolução das ambigüidades

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EFEITOS DE 1ª, 2ª e 3ª ORDEM DA IONOSFERA NAS OBSERVÁVEIS GPS

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Presentation Transcript

  1. EFEITOS DE 1ª, 2ª e 3ª ORDEM DA IONOSFERA NAS OBSERVÁVEIS GPS Mestrando: Haroldo Antonio Marques Orientador: João Francisco Galera Monico

  2. INTRODUÇÃO • Processamento dos dados GPS • Comumente utilizam-se as duplas diferenças • Resolução das ambigüidades • Diversas fontes de erros envolvidas com a propagação dos sinais ao longo da atmosfera • Efeitos da ionosfera • Um dos principais fatores que limitam a acurácia do posicionamento com receptores de simples freqüência • Além de prejudicar a resolução da ambigüidade no posicionamento relativo de médias e longas linhas de base

  3. INTRODUÇÃO • Os softwares de processamentos de dados GPS, em geral, realizam a combinação linear Ion Free • Efeitos de 1ª ordem • Restam os de 2ª e os de 3ª ordem • Investigação: • Consideração dos efeitos de 1ª , 2ª e 3ª ordem no processamento • Desenvolvimento das equações: • Baseado em Bassiri e Hajj (1993) e Odjik (2002)

  4. EFEITO DA REFRAÇÃO ATMOSFÉRICA • O efeito da refração atmosférica sobre a distância entre o satélite (Transmissor) e o receptor pode ser avaliado usando o princípio de Fermat: “De todos os caminhos possíveis, a luz e outras ondas EM percorrem o caminho que leva o menor tempo”

  5. Velocidade da fase no meio refrativo: Comprimento do caminho ótico (optical path length) entre o satélite e o receptor: Índice refrativo é definido pela razão entre a velocidade da luz e a velocidade da fase/ grupo O excesso depende de dois efeitos: EFEITO DA REFRAÇÃO ATMOSFÉRICA

  6. RELAÇÃO ENTRE A VELOCIDADEDE GRUPO E DA FASE • A relação entre a velocidade de grupo e a velocidade da fase , bem como a relação entre o índice de refração do grupo e da fase, são obtidas a partir da equação de Rayleigh:

  7. ÍNDICE DE REFRATIVIDADE PARA A IONOSFERA • Dado pela fórmula complexa de Appleton-Hartree: • Ignorando os efeitos de absorção devido às colisões entre os elétrons, essa fórmula é dada por (GIRAUD, PETIT, 1978 apud ODIJK, 2002; DAVIES, 1990 ):

  8. FÓRMULA COMPLEXA DE APPLETON-HARTREE fp - Freqüência de plasma do elétron fg - Freqüência de giro B - Vetor de indução geomagnética YT,j e YL,j - componentes transversal e longitudinal de Yj

  9. ÍNDICE DE REFRATIVIDADEPARA A IONOSFERA • Expandindo o índice de refração ionosférico na série de Taylor: Lembra do Equação de Rayleigh?

  10. EFEITOS IONOSFÉRICOS • É necessário usar o índice de refração (acabamos de obter) • Inserindo-o na equação do comprimento do caminho ótico: • efeito de propagação do sinal para a fase e para o grupo :

  11. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA

  12. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA • 1ª ordem: • 2ª ordem: • e = 1,60218.10-19Coulomb para a carga do elétron • me = 9,10939.10-31 kg para a massa do elétron

  13. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA

  14. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA Beq = 3,12.10-5 T é a magnitude da indução geomagnética no equador geomagnético

  15. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA • Ponto Ionosférico

  16. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA • Campo geomagnético aproximado pelo dipolo

  17. EFEITOS DE 1ª, 2ª E 3ª ORDEM DA IONOSFERA • 3ª ordem: • Uma aproximação para a integral acima é dada por (HATMANN; LEITINGER, 1984 apud ODJIK, 2002): • O efeito de 3ª ordem da ionosfera parece ser igual ao de primeira e de segunda. Porém, comparece a densidade máxima de elétrons Ne,max e um certo fator , cujo valor constante é igual a 0,66 (ODIJK, 2002)

  18. DENSIDADE MÁXIMA DE ELÉTRONS • A máxima densidade de elétrons (1012 até 1013 e/m3) é observada nos picos da camada F2

  19. SIMULAÇÃO ODIJK (2002) simulou um exemplo de cálculo dos efeitos de 1a, 2a e 3a ordem para uma linha de 400 km.

  20. SIMULAÇÃO

  21. CONSIDERAÇÕES FINAIS • Nessa apresentação foi mostrado a teoria envolvida no cálculo dos efeitos de 1ª, 2ª e 3ª ordem da ionosfera • Na simulação verificou-se que: • Com a dupla diferença das observáveis GPS, os efeitos de 3a ordem praticamente se anulam e os de 2a ordem são em torno de 1 mm • Novos experimentos serão realizados, porém com dados reais para o hemisfério Sul.

  22. REFERÊNCIAS • BASSIRI, S.; HAJJ, G. A. Higher-order ionospheric effects on the global positioning systems observables and means of modeling them, Manuscripta Geodetica, 18, 280– 289, 1993. • DAVIES, K. Ionospheric Radio. London: Peter Peregrinus Ltd., 1990. 580p. • ODIJK D. Fast precise GPS positioning in the presence of ionospheric delays. 2002. 242 f. PhD dissertation, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Delft

  23. Obrigado pela atenção!

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