MAPAS DA IONOSFERA PARA A
REGIÃO BRASILEIRA
Paulo de Oliveira Camargo – FCT/Unesp
Marcelo Tomio Matsuoka – Doutorando PPGCC
Apresentação
Edvaldo Simões da Fonseca Junior - EP/USP
SIRGAS - Workshop GT I
16 de agosto de 2006
unesp
SIRGAS Workshop GT I
INTRODUÇÃO
¾ 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.
¾ 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.
unesp
SIRGAS Workshop GT I
INTRODUÇÃO
¾ 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.
unesp
SIRGAS Workshop GT I
CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS
¾ Erro devido ao efeito da ionosfera:
40,3
I = − 2 TEC
f
s
fr
40,3
I = 2 TEC
f
s
gr
¾ Unidades de TEC (TECU) -> 1 TECU = 1 x 1016 elétrons/m2.
¾ Para as freqüências do GPS:
L1 : 1 TECU = ≈ 0,16 m e
L2 : 1 UTEC = ≈ 0,27 m.
unesp
SIRGAS Workshop GT I
CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS
¾ Cálculo do TEC a partir da pseudodistância:
P 1r = ρ
s
r
s
2 r
= ρ
s
r
s
P2 r
s
− P1r
s
P
=
+
+
s
I1 r + S
I
s
I2r
s
2 r
-
+ S
s
I1r
s
p1
+ R
s
p2
+ R
p1
+ ε
p2
+ ε
P 1
Diferença
P 2
+ (Ssp2 - Ssp1) + (Rp2 - Rp1) + εP21
f12 − f 22
I - I = 40.3 TEC
f12 f 22
s
2r
s
1r
s
2
2
f
f
s
s
1
2
⎡
⎤
TECsr =
(P
-P
2r
1r ) - ε p21 ⎦
2
2
⎣
40,3 (f1 - f 2 )
unesp
SIRGAS Workshop GT I
CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS
Valores do TEC usando as pseudodistâncias originais e as
filtradas pela fase –Estação UEPP – satélite 25 – 27/10/2003
160
Pseudodistância Original
TEC (10E+16 el/m2)
140
Pseudodistância Filtrada pela fase
120
100
80
60
40
20
0
10.7
10.8
10.9
11.0
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
Hora Universal
unesp
SIRGAS Workshop GT I
CÁLCULO DO TEC COM DADOS GPS
¾ 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
unesp
SIRGAS Workshop GT I
distância
zenital do
satélite
satélite (s)
VTEC = cos(z') TEC
TEC na vertical
o ângulo zenital do
rm
sen z =
sen z caminho do sinal, em
rm + h m
relação a um plano de
altitude média hm
altura média
da ionosfera
,
ionosfera
Ponto Ionosférico
receptor(r)
el
hm
superfície da Terra
Ponto
Sub-Ionosférico
rm
O
raio médio da
Terra
unesp
SIRGAS Workshop GT I
EXPERIMENTOS
¾MAPATEC:
- 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).
unesp
SIRGAS Workshop GT I
Estação
Hora
unesp
Latitude
Atraso
Ionosférico
Longitude
Vertical
Atraso
Ionosférico
Inclinado
VTEC
TEC
Inclinado
SIRGAS Workshop GT I
Dia 01/04/2001
Localização dos pontos ionosféricos para a Estação UEPP - 24 horas
-8
Latitude Geográfica (graus)
-13
-18
-23
-28
-33
-65
unesp
-60
-55
-50
Longitude Geográfica (graus)
-45
-40
SIRGAS Workshop GT I
-35
Valores do VTEC para todos os satélites - Estação UEPP - 01/04/2003
150
140
130
120
VTEC (10e+16 eletrons/m2)
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
unesp
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Horas (TU)
14
15
16
17
18
19 20 21 -22
SIRGAS
23
Workshop GT I
24
25
Atraso Ionosférico Vertical em L1 (metros)
Valores do Atraso Ionosférico Vertical em L1 para todos os satélites - Estação UEPP 24 horas - 01/04/2003
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
unesp
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Horas (TU)
14
15
16
17
18SIRGAS
19 20 21 -22
23
Workshop GT I
24
25
Ionosfera x Posicionamento por ponto
ERRO - Altitude Geométrica - Posicionamento por ponto
45
40
35
Discrepâncias em h (m)
30
25
20
15
10
5
0
-5
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Épocas de 30 segundos
unesp
SIRGAS Workshop GT I
ERRO - Altitude Geométrica - Posicionamento por ponto
45
40
35
Discrepâncias em h (m)
30
25
20
15
10
5
0
-5
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Épocas de 30 segundos
Valores do Atraso Ionosférico Vertical em L1 para todos os satélites - Estação UEPP - 24 horas
Atraso Ionosférico Vertical em L1 (metros)
25
20
15
10
5
0
unesp
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Horas (TU)
14
15
16
17
18
19
SIRGAS
24
25
Workshop GT I
20
21
22
23
EXPERIMENTOS
¾ Mapas do VTEC para o Brasil:
¾ 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);
¾ Período de intensa atividade solar do Ciclo Solar 23;
¾ Os dados foram escolhidos de tal forma que abrangessem as
quatro estações do ano, com objetivo verificar variação
sazonal;
¾ 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.
unesp
SIRGAS Workshop GT I
EXPERIMENTOS
¾ Mapas do TEC para:
¾ Inverno
=>
¾ Primavera
=>
¾ Verão
=>
¾ Outono
=>
unesp
SIRGAS Workshop GT I
CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES
¾ 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.
¾ 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).
¾ 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).
unesp
SIRGAS Workshop GT I
CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES
¾ 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.
¾ 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.
unesp
SIRGAS Workshop GT I
TRABALHOS FUTUROS
¾ Calibrar os receptores - estimar o atraso instrumental diferencial
(IFB - Inter-Frequency Bias) dos receptores;
¾ Produzir arquivos IONEX;
¾ Produzir sistematicamente os mapas.
unesp
SIRGAS Workshop GT I