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ANÁLISIS DE LOS EFECTOS GENERADOS

POR LA INCLUSIÓN DE LOS TÉRMINOS

IONOSFÉRICOS DE ALTO ORDEN EN LA

GENERACIÓN DE SOLUCIONES

POSICIONALES DE ALTA PRECISIÓN

SIMPOSIO SIRGAS 2015

Santo Domingo, República Dominicana

18 – 20 Noviembre 2015

Pilapanta, C. & Romero, R.

Instituto Geográfico Militar del Ecuador. Quito – Ecuador

en colaboración con:

GENERALIDADES

Fuente:Sanchez, L. 2008

Erroresenlaposicióndelsatélite Ø Efemérides Precisas

Erroresinstrumentalesenelsatélite

Propagacióndelaseñal

ü Relojü Variacionesdelcentrodefase

Ø PosicionamientoDiferencial.ParametrizaciónØ Calibracióndeantenasemisoras

ü Tropósferaü Ionósferaü Multicamino(satélite yreceptor)

Ø Modelamiento.EfectoTroposféricoØ Modelamiento.EfectoIonosféricoØ Seleccióndellugar.Parametrización

Variacionesdelaposicióndelreceptor

ü MareasTerrestresü Cargaoceánicayatmosféricaü MovimientosTectónicos

Erroresinstrumentalesenelreceptor

ü Relojü Variacionesdelcentrodefase

Ø PosicionamientoDiferencial.ParametrizaciónØ Calibracióndeantenasreceptoras

Ø ModelamientodevariacionesØ ModelamientodecargasØ Aplicacióndevelocidadeslineales

Ruidos

ü SaltosdeCicloü Propagaciónentrecanalesü Interferenciasyotros

Ø ResolucióndeambigüedadesØ MejoramientodelosequiposØ Medidasprácticas

PRINCIPALES FUENTES DE ERROR EN EL POSICIONAMIENTO SATELITAL

MODELAMIENTO DE VARIABLES ATMOSFÉRICAS. ECUACIÓN GENERAL

Figura2.Esquemabásicoderefracciónatmosférica

Fuente:Cioce, V.etal.2010

δρatm = n s( )−1( )ds− S −G( )L∫

nph =c

vph

ngr =c

vgr

Retraso(oaceleración)delaseñals

TrayectoriaverdaderaDistanciaeuclidianaVelocidaddelaluzVelocidaddepropagación

SGCv

Donde:

EcuaciónGeneral

Índicesderefracción(fasesycódigo)

MODELAMIENTO DE VARIABLES TROPOSFÉRICAS. ECUACIÓN GENERAL

Figura3.Principio básicodelprocesoderefraccióntroposférica

Fuente:COSMICProgram,2012citadoenHerring, T.2012

δρtrop z( ) = mt,d z( )δρtrop,d0 + mt,w z( )δρtrop,w

0

ModelodeSaastamoinen (1972)

RetrasoTroposféricoCenital

δρtrop0 =10−6 N s( )ds∫

δρtrop0 =

2277×10−6

coszP +

1255T

+ 0,05#$%

&'(⋅e−1,16 tan2 z

*

+,

-

./

PresiónTemperaturaÁngulodeelevación

PTZ

Donde:

Omedianteelmodelo simplificado:

MODELAMIENTO DE VARIABLES IONOSFÉRICAS. ECUACIONES GENERALES

Figura4.Mapaionósférico Mundial

Fuente:NavalResearch Laboratory - USA.2004

CombinaciónLineal.“Ionosphere-Free”

Donde:

Z ángulo zenital al cual la señal fue captada.

R distancia geométrica del receptor a la ionósfera.

H Altura (≈ 450 m)

F frecuencia (L1 y/o L2).

Ev Contenido total de electrones vertical (VTEC)

𝜙"# = 𝑓'(

𝑓'( − 𝑓((𝜙' −

𝑓((

𝑓'( − 𝑓((𝜙(

EcuaciónGeneral.ModeloSimplificado

δρ,-. = −40,3 ∗ 1

cos RR +H sin z

∗Evf (

Figura5.CapasdelaIonósfera

Fuente:Anderson andFuller-Rowell (1999)

DENSIDAD ELECTRÓNICA Y EFECTOS DE LA IONÓSFERA SOBRE LA SEÑAL GPS

RazónPrincipal:Densidadelectrónicadecadacapaesvariable

Dependencia:1.Hora – Localización2. Radiaciónsolar– ionización3.ActividadGeomagnética

Principales Efectos:1.Retardodelaseñal(hastavariasdecenasdemetros)2.Centelleodefase ydeamplitud

OtrosEfectos:1.RotaciónFaraday2.Curvaturadelrayo

MODELAMIENTO DE VARIABLES IONOSFÉRICAS. ECUACIONES GENERALES

Figura6.Mapaionósférico Mundial

Fuente:NavalResearch Laboratory - USA.2004

Integracióndelosefectosdelíndicederefracciónrespectoalostérminosdecódigoyfase(Petrie,E.J.et.al.2010)

MODELAMIENTO DE VARIABLES IONOSFÉRICAS. ECUACIONES GENERALES

Integracióndelosefectosdelíndicederefracciónrespectoalostérminosdecódigoyfase(Petrie,E.J.et.al.2010)

PRIMERTÉRMINOIONOSFÉRICO

SEGUNDOTÉRMINOIONOSFÉRICO

TERCERTÉRMINOIONOSFÉRICO

Donde:

MODELAMIENTO DE VARIABLES IONOSFÉRICAS. ECUACIONES GENERALES

Figura7.Mapaionósférico Mundial

Fuente:NavalResearch Laboratory - USA.2004

CombinaciónLineal.“Ionosphere-Free”

Donde:

Z ángulo zenital al cual la señal fue captada.

R distancia geométrica del receptor a la ionósfera.

H Altura (≈ 450 m)

F frecuencia (L1 y/o L2).

Ev Contenido total de electrones vertical (VTEC)

𝜙"# = 𝑓'(

𝑓'( − 𝑓((𝜙' −

𝑓((

𝑓'( − 𝑓((𝜙(

EcuaciónGeneral.ModeloSimplificado

δρ,-. = −40,3 ∗ 1

cos RR +H sin z

∗Evf (

MODELAMIENTO DE VARIABLES IONOSFÉRICAS. ECUACIONES GENERALES

Integracióndelosefectosdelíndicederefracciónrespectoalostérminosdecódigoyfase(Petrie,E.J.et.al.2010)

Decenas demetros

Término principalmodelado.(Modelossimplificados)

1ERTÉRMINO Algunos

centímetros,principalmenteenL2

Afecta:TraslaciónenlacomponenteZyÓrbitasyRelojes

2DOTÉRMINO

Similaral 2dotérmino peroenmenorescala

Afectadoporelcampogeomagnéticoycintilación

3ERTÉRMINO

ZONA CENTRAL Y ANTÁRTICA, MAYOR INCIDENCIA ELECTRÓNICA Y MAGNÉTICA

Figura8.MapaIonosféricoGlobal. 15minutosderesolución (vTEC filmproduced with IONMONVersion 1).

DESARROLLO

SE ESTABLECE UNA NECESIDAD …

ANALIZAR EL EFECTO GENERADO, POR LA

INCLUSIÓN O EXCLUSIÓN DE LOS TÉRMINOS

DE ALTO ORDEN IONOSFÉRICO EN LA

GENERACIÓN DE SOLUCIONES POSICIONALES

DE ALTA PRECISIÓN EN LAS ZONAS DE

MAYOR ACTIVIDAD IONOSFÉRICA Y

GEOMAGNÉTICA. (ZONA CENTRO. ECUADOR

CONTINENTAL – ZONA SUR. ESTACIÓN

ANTÁRTICA ECUATORIANA “PEDRO VICENTE

MALDONADO”

OBJETIVO PRINCIPAL DEL ESTUDIO

MAPA. REDGNSSDEMONITOREOCONTINUODELECUADOR.REGME

ZONAS DE ESTUDIO PRINCIPALES

MAPA. REDGNSSDEMONITOREOCONTINUODELECUADOR.REGME

1. ZONASDEESTUDIO

ECUADORCONTINENTAL

REGGNSSDEMONITOREOCONTINUO

CONTINENTEANTÁRTICO

ESTACIÓNCIENTÍFICA.PEDROVICENTE

MALDONADO

2.TIEMPODEESTUDIO

1AÑO(REGME) – 1MES(ANTÁRTIDA)

ZONAS DE ESTUDIO PRINCIPALES

MAPA. REDGNSSDEMONITOREOCONTINUODELECUADOR.REGME

1. ZONASDEESTUDIO

ECUADORCONTINENTAL

REGGNSSDEMONITOREOCONTINUO

CONTINENTEANTÁRTICO

ESTACIÓNCIENTÍFICA.PEDROVICENTE

MALDONADO

2.TIEMPODEESTUDIO

1AÑO(REGME) – 1MES(ANTÁRTIDA)

IERSCONVENTIONS

(2010)

NORMATIVASIRGAS(2013)

MODELOGENERALDE

PROCESAMIENTO

SOFTWAREGAMIT – GLOBK10.6

ü Petit, G. & Luzum, B. 2010. “IERSConventions (2010)”. IERS TechnicalNote No. 36

ü Sánchez, L. et al. 2013. “Guía para losCentros de Análisis SIRGAS”. Sitioweb: www.sirgas.org

MODELO GENERAL DE PROCESAMIENTO

CÓDIGO LOCALIDAD PAÍS

BRAZ BRAZIL BRASIL

BRFT EUSEBIO BRASIL

CHUR CHURCHILL CANADA

CONZ CONCEPCIÓN CHILE

CRO1 CHRISTIANSTED USA

GLPS GALÁPAGOS ECUADOR

GOLD GOLDSTONE USA

ISPA ISLADEPASCUA CHILE

LPGS LAPLATA ARGENTINA

MAS1 MASPALOMAS ESPAÑA

MKEA MAUNAKEA USA

OHI2 O’HIGGINS CHILE (ANTARTIDA)

PARC PUNTAARENAS CHILE

PDEL PONTADELGADA PORTUGAL

SCH2 SCHEFFERVILLE CANADA

STJO ST JOHN’S CANADA

THTI PAPEETE POLYNESIA FRANCESA

UNSA SALTA ARGENTINA

USNO WASHINGTON USA

WHIT WHITEHORSE CANADA

EstacionesIGb08COREREDDEPROCESAMIENTOPRINCIPAL

Fuente: sirgas.org

CARÁCTERÍSTICAS PRINCIPALES

DE PROCESAMIENTO. MARCO DE REFERENCIA

1. NÚMERO DEESTACIONES A SER PROCESADAS

35ESTACIONESGNSS- REGME. AÑO2015

01ESTACIÓNGNSS– ANTÁRTIDA. ENERO2015

2.MODELO IONOSFÉRICO GENERAL

CODE MODEL (GIM)

3.MODELAMIENTO DE TERMINOS IONOSFÉRICOS

ION_Model – GMAP. Petrie, E. et. al. 2010

RINEX_H0. Marques, H. 2011.

ESTRATEGIA DE PROCESAMIENTO

R E G M E

R E D G N N S D E

M O N I T O R E O C O N T I N U O

D E L E C U A D O R

AnálisisFrontal

SolucionesSIRGAS

SoluciónGeneral(Repetibilidad)

Modelo 1

Petrie,E.2010

Modelo2

Marques,H.2011

OBTENCIÓNDESOLUCIONESPOSICIONALESMODELADAS

MODELOGENERAL

MODELO GENERAL DE MODELAMIENTO IONOSFÉRICO

ModelamientoIonosférico

ModelamientoHighOrder Terms

Generación deSoluciones

Análisis deSoluciones

MODELO GENERAL DE MODELAMIENTO IONOSFÉRICO

Petrie, E.et.al.2010

Marques,H.et.al.2011

DIPOLARMODEL,CGMORIGRF11

CALCULATE FROMPSEUDORANGESORCODEMAP(GIM)

PROGRAMAFORTRAN – CALCULOAPRIORI(RINEX)

IGRF12

CODEMAPONLY

SUBRUTINAPROGRAMADA

Figura10.Mapaionósférico Mundial

Fuente:NavalResearch Laboratory - USA.2004

RESULTADOS

VALORESPROMEDIO

1.EJEX

1.82mm

2.EJEY

3.61mm

3.EJEZ

3.45mm

PROMEDIO

2.96mm

DIFERENCIAS PROMEDIO POR SEMANASOLUCIÓN MODELO PETRIE E. ET. AL. 2010

ESTADÍSTICAS GENERALES

VALORESPROMEDIO

1.EJEX

2.76mm

2.EJEY

4.32mm

3.EJEZ

4.20mm

PROMEDIO

3.76mm

DIFERENCIAS PROMEDIO POR SEMANASOLUCIÓN MODELO MARQUES H. ET. AL. 2011

ESTADÍSTICAS GENERALES

VALORESPROMEDIO

HORIZONTAL

1.EJENORTE

1.34mm

2.EJEESTE

1.54mm

VERTICAL

3.ALTURA

4.11mm

012345678

ALEC

AUCA

CHEC

CLEC

COEC

CUEC

CXEC

ECEC

EPEC

EREC

ESMR

GLPS

GYEC

GZEC

IBEC

LJEC

LREC

MAE

CMHE

CMTEC

NJEC

NORE

PDEC

PJEC

PREC

PTEC

QUE

MQVE

CRIOP

SCEC

SEEC

SNLR

STEC

TNEC

REPEAT

ABILITY(m

m)

GNSSSTATION

STABILIZATIONWRMS.MULTI-STATIONREPEATABILITY

NORTH EAST UP

Figura3.2Repetibilidad PromedioporEstaciónGNSS

REPETIBILIDAD DE LA SOLUCIÓN AJUSTADA POR ESTACIÓN

ESTADÍSTICAS GENERALES

CONCLUSIONES

C• Los resultados preliminares demuestran, una mejoría en la generación de soluciones entre 3 y 4 milímetros enrelación a las soluciones generadas sin la inclusión de los modelos, lo cual permite evidenciar una mejoría inicial en laobtención de coordenadas, así como en el modelamiento ionosféricohabitual.

C• Los resultados obtenidos establecen en primera instancia, una concordancia con lo establecido por los autores, sinembargo, debido a que el análisis solo se sustenta en la comparación de medias, los resultados demuestran unamejoría a nivel general (promedio) de las soluciones, más no una mejoría unificada.

R

• Debido a que los valores obtenidos por los diferentes modelos aplicados, poseen un comportamiento variablerelacionado con los parámetros utilizados en el cálculo y corrección de los términos ionosféricos, es recomendableestablecer un nuevo estudio mucho más minuicioso, a fin de establecer el aporte que genera cada parámetro y/ovariable en el proceso.

R• Esnecesarioestablecerredesdecooperación internacional,enmarcadasenelestudiodelosdiferentesprocesosrelacionadosconelusodelossistemasdeposicionamientoglobal,afindeintegraryarticularlosprocedimientos,metodologíasytécnicasutilizadasporcadapaísyconellofortalecerlageneracióndemodeloslocalesy/oregionales.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

GRACIAS POR SU ATENCIÓN …Christian G.PilapantaA.

christian.pilapanta@mail.igm.gob.ecRicardoV.RomeroCh.

ricardo.romero@mail.igm.gob.ec