MAPAS DA IONOSFERA PARA A REGIÃO BRASILEIRA Horas (TU) A t raso I onosféri co Verti cal em L1...
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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
unespSIRGAS SIRGAS --
Workshop GT IWorkshop GT I
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.
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Workshop GT IWorkshop GT I
CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS
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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 COM DADOS GPS
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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 −
CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS
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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 COM DADOS GPS
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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
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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).
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Atraso Ionosférico Inclinado
Atraso Ionosférico
VerticalTEC
InclinadoVTECEstação Hora Latitude Longitude
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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)
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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)
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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
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Workshop GT IWorkshop GT I
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.
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EXPERIMENTOS
Mapas do TEC para:
Inverno =>
Primavera =>
Verão =>
Outono =>
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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).
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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.
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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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