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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
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