mapas da ionosfera para a regiÃo brasileira horas (tu) a t raso i onosféri co verti cal em l1...

unespSIRGAS SIRGAS --

Workshop GT IWorkshop GT I

MAPAS DA IONOSFERA PARA A MAPAS DA IONOSFERA PARA A REGIÃO BRASILEIRAREGIÃO BRASILEIRA

Paulo de Oliveira Camargo Paulo de Oliveira Camargo –– FCT/UnespFCT/UnespMarcelo Marcelo Tomio MatsuokaTomio Matsuoka –– Doutorando PPGCCDoutorando PPGCC

ApresentaApresentaççãoãoEdvaldo Edvaldo Simões da Fonseca Simões da Fonseca Junior Junior -- EP/USPEP/USP

SIRGAS SIRGAS -- Workshop GT IWorkshop GT I

16 de agosto de 200616 de agosto de 2006

INTRODUÇÃO



BRASIL - o estudo do comportamento do TEC é de grande interesse, pois é a região que apresenta os maiores valores do TEC, uma alta variação espacial e temporal se comparados com valores referentes às outras regiões do globo terrestre.

Devido à natureza dispersiva da ionosfera, com dados GPS de receptores de dupla freqüência pode-se efetuar correções do efeito da ionosfera e também calcular o TEC.

INTRODUÇÃO

Neste trabalho são apresentados:

- Os resultados de experimentos para a produção de mapas do TEC da ionosfera usando dados GPS, utilizando a RBMC.

- O comportamento da ionosfera na região brasileira - para suporte a comunidade geodésica brasileira e geofísica espacial.



CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS



Erro devido ao efeito da ionosfera:

Unidades de TEC (TECU) -> 1 TECU = 1 x 1016 elétrons/m2.

Para as freqüências do GPS:L1 : 1 TECU = ≈ 0,16 m e L2 : 1 UTEC = ≈ 0,27 m.

sf r 2

40,3I TECf

= −s

gr 2

40,3I TECf

=




Cálculo do TEC a partir da pseudodistância:

Diferença

)

2 2s s s1 2r 2r 1r p212 2

1 2

f fTEC = (P -P ) - 40,3 (f - f

ε⎡ ⎤⎣ ⎦

21Pp1p2sp1

sp2

sr1

sr2

sr1

sr2 + )R - (R + )S - (S + I - IP P ε=−

1p1sp1

sr1

sr

sr1 + R + S +I + P Pερ=

2p2sp2

sr2

sr

sr2 + R + S +I + P Pερ=

22

21

22

21ss

r1sr2 ff

ffTEC 40.3 =I -I −




Valores do TEC usando as pseudodistâncias originais e as filtradas pela fase –Estação UEPP – satélite 25 – 27/10/2003

10.7 10.8 10.9 11.0 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.60

20

40

60

80

100

120

140

160

Hora Universal

TEC

(10E

+16

el/m

2) Pseudodistância Original

Pseudodistância Filtrada pela fase




Cálculo do TEC na direção vertical:

- O TEC na direção vertical (VTEC) pode ser obtido à partir da multiplicação entre TEC e a função de mapeamento geométrica padrão (cos (z´)):

VTEC = cos(z') TEC

zsen h +

r = z senm

m ,

mr

o ângulo zenital do caminho do sinal, em relação a um plano de altitude média hm

superfície da Terra

ionosfera

satélite (s)

hmreceptor(r)el

rm

Ponto Ionosférico

Ponto Sub-Ionosférico

O

TEC na vertical

raio médio da Terra

altura média da ionosfera

distância zenital do

satélite VTEC = cos(z') TEC



EXPERIMENTOS

MAPATEC:

- Programa desenvolvido em Fortran;

- Calcula o TEC e suas respectivas posições (latitude, longitude dos pontos ionosféricos) utilizando dados GPS de vários receptores de dupla freqüência;

- Adotado altura da camada de 400 km, mascará de 20 graus;

- Observável utilizada - pseudodistância filtrada pela fase.

- Resultado - arquivos com o VTEC, a cada 1 hora ((abrangendo valores do VTEC calculados no período de 30 minutos antes e 30 minutos após cada hora cheia).



Atraso Ionosférico Inclinado

Atraso Ionosférico

VerticalTEC

InclinadoVTECEstação Hora Latitude Longitude





Dia 01/04/2001Localização dos pontos ionosféricos para a Estação UEPP - 24 horas

-33

-28

-23

-18

-13

-8

-65 -60 -55 -50 -45 -40 -35

Longitude Geográfica (graus)

Latit

ude

Geo

gráf

ica

(gra

us)



Valores do VTEC para todos os satélites - Estação UEPP - 01/04/2003

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Horas (TU)

VTEC

(10e

+16

elet

rons

/m2)



Valores do Atraso Ionosférico Vertical em L1 para todos os satélites - Estação UEPP -24 horas - 01/04/2003

0123456789

10111213141516171819202122232425

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Horas (TU)

Atr

aso

Iono

sfér

ico

Vert

ical

em

L1

(met

ros)

ERRO - Altitude Geométrica - Posicionamento por ponto

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Épocas de 30 segundos

Dis

crep

ânci

as e

m h

(m)

Ionosfera x Posicionamento por ponto





ERRO - Altitude Geométrica - Posicionamento por ponto

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Épocas de 30 segundos

Dis

crep

ânci

as e

m h

(m)

Valores do Atraso Ionosférico Vertical em L1 para todos os satélites - Estação UEPP - 24 horas

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Horas (TU)

Atr

aso

Iono

sfér

ico

Vert

ical

em

L1

(met

ros)

EXPERIMENTOSMapas do VTEC para o Brasil:

Mapas do TEC para os dias 01/07/2001, 06/10/2001, 06/01/2002 e 01/04/2002, usando 15 estações da RBMC e 4 do IGS (UNSA, CORD, AREQ, KOUR);

Período de intensa atividade solar do Ciclo Solar 23;

Os dados foram escolhidos de tal forma que abrangessem as quatro estações do ano, com objetivo verificar variação sazonal;

Para gerar os mapas, os dados disponibilizados pelo programa MAPATEC foram utilizados no software Surfer Versão 6.0, sendo adotado o método de interpolação por krigagem.



EXPERIMENTOS

Mapas do TEC para:

Inverno =>

Primavera =>

Verão =>

Outono =>



CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES

Neste artigo apresentou-se a metodologia empregada para o cálculo do TEC usando dados de receptores GPS de dupla freqüência, visando a produção de mapas do TEC para a região brasileira.

Os mapas obtidos mostraram que para as quatro estações do ano o TEC atinge o valor mínimo próximo às 7-8 horas UT (4-5 horas local) e o seu valor máximo próximo às 17-19 horas UT (14-16 horas local).

Além do comportamento diário, com a produção dos mapas pode-se verificar o comportamento sazonal da ionosfera, com valores maiores nos meses de equinócio (outubro e abril) e menores nos de solstícios (janeiro e julho).



CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES

Os mapas do dia referente a outubro apresentaram as maiores variações espaciais do TEC, principalmente na direção norte-sul, conseqüência da presença da anomalia equatorial que também pôde ser observada.

Os valores do TEC apresentados nos mapas estão com a influência do atraso instrumental diferencial dos receptores. Porém, considerando que não se tinha como objetivo obter valores altamente precisos e sim apenas uma visualização para todo o território brasileiro, esta influência não comprometeu o comportamento da variação do TEC durante o dia e com relação as estações do ano, pois, os resultados se mostraram bastante coerentes com a teoria sobre o assunto.



TRABALHOS FUTUROS

Calibrar os receptores - estimar o atraso instrumental diferencial (IFB - Inter-Frequency Bias) dos receptores;

Produzir arquivos IONEX;

Produzir sistematicamente os mapas.



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