MODELO IONOSFERICO UNIVERSIDAD DISTRITAL SEDE MACARENA A

Presentado por:

DIEGO FELIPE SOLER FRANCO 20101025101 ANGIE ALEJANDRA SÁNCHEZ BARRAGÁN 20112025007

MANUEL GUILLERMO VEGA GARCIA 20112025022 IVAN FELIPE MONCADA SOTELO 20121025126

PRESENTADO A: ING. MSC. MIGUEL ANTONIO ÁVILA ANGULO

OCTUBRE 15, 2015 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

Facultad de ingeniería Ingeniería Catastral y Geodesia

INSUMOS

Para el análisis de la ionosfera se tiene en cuenta la actividad solar, las variaciones de VTEC (variaciones del contenido total de electrones) y los valores de la actividad geomagnética regional, de donde se selecciona un día tranquilo y uno perturbado.

Para el procesamiento y la obtención final del modelo ionosférico de la macarena los insumos necesarios son:

Datos RINEX de las estaciones.

Efemérides del día anterior a la toma de los datos, del día de la toma de los

datos y del día posterior.

Coordenadas (x,y,z) de las estaciones.

SOTFWARE

GPS TK

GPSTk proporciona una biblioteca de código abierto y suite de aplicaciones para la comunidad de navegación por satélite para investigadores gratuitas para centrarse en la investigación, la codificación de nivel no inferior. Para los GPS se emplean prácticamente todos los sistemas arquitectura y operativo computacional. Por lo tanto el diseño de la suite GPSTk es tan independiente de la plataforma como sea posible. Independencia de la plataforma se consigue a través del uso del lenguaje de programación estándar ISO C ++. GPSTk básicamente consiste en una biblioteca central, bibliotecas auxiliares, y un conjunto de aplicaciones. Que ofrece una amplia gama de funciones que resuelven problemas de procesamiento asociados con GNSS como el procesamiento o el uso de formatos estándar como RINEX. Las bibliotecas son la base para las aplicaciones más avanzadas distribuidos como parte de GPSTk. Los formatos más comunes son compatibles, así, como RINEX o SP3. Modelos de retardo atmosférico. Incluye la ionosfera y la troposfera modelos. Hay varias categorías de función que proporcionan la funcionalidad de base para las aplicaciones GPSTk y para un número de otros proyectos independientes:

1) Representación del tiempo. Conversión entre las representaciones de tiempo como MJD, semana GPS y segundo de semana, y muchos otros.

2) Cálculos de efemérides. Posición e interpolación reloj tanto para emisión y efemérides precisas.

3) Modelos de retardo atmosférico. Incluye la ionosfera y la troposfera modelos.

4) Solución de la posición. Incluye una implementación de un algoritmo de Monitoreo Integridad Autónoma del Receptor.

5) Matemáticas. Incluye Matrix y las implementaciones del vector, así como la interpolación y la integración numérica.

6) Estructura de datos GNSS. Las estructuras de datos que contienen observaciones asignadas a los satélites.

7) Marco de la aplicación. Incluye el procesamiento de opciones de líneas de comando, que proporciona ayuda interactiva y el trabajo con los sistemas de archivos.

DATOS

Obtención de datos por medio de una estación de rastreo equipada con un receptor GPS de doble frecuencia para este caso se contaría con el equipo Topcon GR5, para el ajuste de un modelo ionosférico, el escenario elegido es la sede de la macarena A de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas.

La estación de rastreo se situara en el punto conocido como MACARENA 2 y en simultánea con otros dos receptores en los puntos conocidos como MACARENA 1 y GPS UD, el rastreo se hará por dos horas.

EQUIPOS

IONOSONDAS:

Son dispositivos cuya función es mapear las capas de la ionosfera. El ionosonda es de vital importancia para la predicción de condiciones de plasma de la ionosfera en la parte superior del ambiente del de la Tierra. La investigación de la ionosfera se realiza por el Aeronomía mediante la recepción de las señales de los satélites. Buscar a través ionosondas se hace a las encuestas por equipos desarrollados especialmente para este propósito. [1] Los radares de dispersión digisondas y coherentes (ESCO) estudian el comportamiento de la ionosfera y sus fenómenos, entre ellos, el comportamiento de los procesos dinámicos, electrodinámica y química del plasma ionosférico. Los datos de teledetección de la ionosfera se obtienen utilizando cohetes, satélites, sistemas de modelado y simulación de procesos ionosféricos y termospheric.Las ionosondas proporcionan información virtual sobre alturas y estimaciones de  perfiles de densidades de la parte inferior de la ionosfera (también por sondeos bi-estáticos), con una cadencia  tan pequeña como de 1 minuto, y siguen el crepúsculo y la noche de la región E para el sondeo de frecuencias menores de 0,5 MHz, cuando se utilizan las antenas adecuadas. También proporcionan información sobre las derivas, inclinaciones de la ionosfera y la raíz cuadrática promedio de la amplitud y el índice espectral de las fluctuaciones de densidad, por un método basado en la función de la estructura de fase.

MAGNETOMETRO DE SATURACION:

Es un instrumento que mide la fuerza y la dirección del flujo magnético. Se puede utilizar para medir campos magnéticos con intensidad de 10 -10 T 10 -4 T  El magnetómetro de saturación se compone de un material de núcleo con alta susceptibilidad magnética y baja magnetización remanente rodeado por un conjunto de dos bobinas. Se aplica en una corriente alterna causando las bobinas entre la saturación magnética del núcleo en un ciclo, un magnetómetro de saturación por esta razón también se conoce como un magnetómetro saturado o

insaturado núcleo. Este campo magnético cambiante induce una corriente eléctrica en la segunda bobina y esta corriente se mide mediante un detector

FUNDAMENTACIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DEL TEC

Una de las magnitudes físicas de la ionosfera, de gran interés, es el contenido total de electrones (TEC) que hace referencia al grado de ionización en la ionosfera; esta es un medio dispersivo para ondas de radio, por lo que su índice de refracción es función de la frecuencia de la onda. El STEC depende de la longitud de la ruta de la señal de modo que es un factor que varía con respecto a la elevación del satélite. Para corregir este efecto se estima el TEC vertical (VTEC) que toma la ionosfera como una capa delgada por encima de un punto dado de la superficie de la Tierra, generalmente a 300 o 400 km (Rolf et al., 2007) que corresponde a la siguiente ecuación:

Donde La unidad de medida es el TECU (Unidad del Contenido Electrónico Total): 1TECU = 1 *1016electrones\m2. En esta capa, PI es el punto de intersección de la ionosfera y la trayectoria de la señal de un receptor R al satélite S, rE es el radio de la Tierra, y z el Angulo cenital de S para un observador R. Z I es el Angulo cenital entre la ruta de señal y un plano horizontal medio en el PI (Campbell, 2003).

Basados en Brunini et al. (2006), para el cálculo del STEC y VTEC se utilizó la fórmula que se presenta a continuación:

El VTEC está definido por la siguiente expresión:

Donde:

STEC (ϒ, φ) Contenido inclinado total de electrones.

VTEC (ϒ, φ) Contenido vertical total de electrones.

= la función de mapeo

.

= distancia cenital.

ϒ, φ =Angulo horario al sistema solar, longitud del punto ionosférico.

nmax = Es el grado máximo de la expansión armónica esférica.

= Δ(n,m) Pnm= Son las funciones asociadas de Legendre normalizadas de grado n y orden, basados en la función de normalización y función de Legendre ,

anm, bnm= Son los coeficientes TEC de los esféricos armónicos.

TR, TS= Los retrasos producidos en el hardware del receptor y el satélite, respectivamente.

METODOLOGÍA

La zona de estudio comprende en la parte de Bogotá, Colombia específicamente en el barrio La macarena sede de la Universidad Distrital especialmente en la Macarena A. se contemplaron varias fuentes bibliográficas y se destacó una metodología que puede funcionar.

1. Se procesa las observaciones de todas las estaciones de la red usando la

combinación libre de ionosfera, esta combinación reducirá el efecto

ionosférico hasta casi eliminarlo dejando solo un 2% del mismo. A este

juego de coordenadas las llamaremos de alguna forma que identifiquemos

su grado de exactitud, por ser la más exactas y poseer al menos 1 orden de

magnitud más en su exactitud.

2. Se procesa las mismas observaciones usando solamente la frecuencia L1,

aquí estará presente la ionosfera a pleno. De esta solución se obtiene otro

juego de coordenadas.

3. Se procesa las mismas observaciones usando la frecuencia L1 pero con la

adición del modelo ionosférico que hemos calculado, el efecto de la

ionosfera es tenido en cuenta aunque no es removido en su totalidad. Un

nuevo juego de coordenadas saldrá de este procesamiento, se diferenciara

del que se hizo con L1 solo por el mejor modelado ionosférico.

En todos los procesamientos se usaran efemérides precisas, una máscara de elevación y un parámetro troposférico de un periodo de tiempo para garantizar que se obtenga el mejor resultado posible.

BIBLIOGRAFÍA

Beutler, G., W. Gurtner, M. Rothacher, U. Wild and E. Frei, 1989. Relative static positioning with the Global Positioning System: basic technical considerations, paper presented at The IAG General Meeting, Edinburgh, Aug. 1989.

Brunini, C. y A. Kleusberg, 1995. Mapas globales de retardo ionosférico vertical a partir de observaciones GPS. Actas de V Congreso Internacional Ciencias de la Tierra, Santiago, Chile, ago. de 1995 (en prensa).

Georgiadou, Y. and A. Kleusberg, 1988. On the effect of ionospheric delay on geodetic relative GPS positioning. Manuscripta Geodaetica, Vol. 13.

Campbell, W. H. (2003). Introduction to Geomagnetic Fields. 2 ed. Cambridge: Cambridge University Press.

Drewes, H. (2006). Geodetic Reference Frames; International Association of Geodesy Simposia. Munich: Springer.