Avaliação de funções para modelagem do efeito da refratação ionosférica na propagação dos sinais GPS

Abstract

Atualmente, a maior fonte de erro sistemático no posicionamento com receptores GPS de uma freqüência é devido à refração ionosférica. O erro associado à refração ionosférica depende do conteúdo total de elétrons (TEC) na camada ionosférica, que por sua vez, é influenciado por diversas variáveis, tais como: ciclo solar, época do ano, hora do dia, localização geográfica e atividade geomagnética, e é difícil de ser corrigido. Os receptores GPS de dupla freqüência permitem efetuar correções do efeito da refração ionosférica, devido ao fato da mesma ser dependente da freqüência do sinal. Porém, receptores GPS de dupla freqüência são equipamentos caros, fazendo com que os de uma freqüência sejam amplamente empregados no posicionamento com GPS. As mensagens de navegação trazem informações que permitem efetuar correções da ionosfera para receptores GPS de uma freqüência, utilizando o modelo de Klobuchar. Porém vários estudos realizados mostraram que o modelo de Klobuchar pode remover apenas algo em torno de 50-60% do efeito total. Desta maneira, é necessário dispor de uma estratégia mais efetiva de eliminar os efeitos da ionosfera, a qual tem sido investigada a partir do uso de modelos regionais para a ionosfera. No Brasil, tem-se o modelo regional da ionosfera (Mod_Ion), desenvolvido na FCT/UNESP, que utiliza dados GPS da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC). Neste modelo, a ionosfera é representada analiticamente pela série de Fourier. Nesta pesquisa, outras funções de modelagem e de mapeamento da ionosfera foram implementadas no Mod_Ion, visando melhorar a eficiência do modelo para posicionamento com receptores de uma freqüência. Os resultados dos experimentos do posicionamento por ponto mostraram que as funções série de Fourier, de Taylor e a polinomial foram as mais eficazes na correção do efeito sistemático...

Nowadays, one of the main drawbacks of the GPS accuracy for L1 users is the ionospheric refraction, which affects, mainly, the point positioning. The error associated with the ionospheric refraction depends on the Total Electron Content (TEC) in the ionospheric layer, that is influenced by several variables, including the solar cycle, the season, the local time, the geographical location of the receiver and the Earth's magnetic field. The broadcast ephemeris contains information for computing the group delay, using the broadcast model. The literatures report that the model correct 50 to 60% of the total effect of ionospheric refraction. Therefore, it is necessary a more effective strategy of eliminating the effects of the ionosphere. Some techniques and models have been developed to estimate these effects using data collected with double frequency GPS receivers. In Brazil, a regional model of the ionosphere (Mod_Ion) was developed in FCT/UNESP, which makes use of GPS data collected at the active stations of RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GPS satellites) In this model, the ionosphere is represented analytically by a Fourier series type. In this research, other modelling and mapping functions of the ionosphere were implemented in Mod_Ion, seeking to improve the efficiency of the model for positioning with L1 receivers. The results of the experiments showed that the functions: Fourier series, Taylor series and the polynomial, were the most effective in the correction of the systematic effect due to the ionosphere, providing a improvement in the acuracy better than 79,5%, with values of discrepancies in the resultant of the cartesian coordinates better than 3 m, and the largest influence concentrates on the height.