Anomalías espacio-temporales de la ionosfera y su repercusión en las comunicaciones satelitales

Resumen

Una de las principales fuentes de error en el posicionamiento GNSS es la ionosfera. Esta capa de la atmósfera presenta un comportamiento dinámico que unido a las anomalías espaciales y temporales que en ella se generan, conduce a la necesidad de desarrollar nuevas técnicas para su modelización. Existen modelos globales de ionosfera (IRI, NeQuick¿) que proporcionan el comportamiento dinámico de la misma. Sin embargo, estos modelos presentan limitaciones al intentar reproducir ciertas anomalías.Se han identificado la anomalía ecuatorial, el incremento pre-inversión y las burbujas de plasma ecuatorial como las anomalías ionosféricas que más impactan en la señal GNSS. Para estudiar dichas anomalías, se han analizado tres características ionosféricas importantes para el desarrollo de los modelos ionosféricos y relacionadas con estas anomalías: Altura de la máxima densidad electrónica ( ), altura de escala equivalente ( ) y descensos producidos en el contenido total de electrones, (TEC).Los objetivos de este trabajo se han dividido en dos estudios. El primero se centra en las características ionosféricas y , con el objetivo de:Evaluar las limitaciones de las predicciones de del IRI.Caracterizar el comportamiento de y .Proporcionar dos modelos globales de predicción de y para todos los rangos de latitud.El segundo estudio analiza las burbujas ionosféricas utilizando datos de TEC para: Proporcionar una nueva técnica para detectar y caracterizar las burbujas ionosféricas a partir de datos GNSS.Proporcionar una caracterización global de las burbujas ionosféricas.Las conclusiones que se han extraído de cada uno de los estudios realizados en esta tesis son las siguientes.Estudio de y :¿ Las predicciones del IRI se desvían un 10% respecto a los datos observado en latitudes medias. Estas discrepancias llegan al 40% para altas y bajas latitudes debido a:o IRI no es un modelo auroralo A bajas latitudes el IRI no representa el incremento de en el amanecer y el atardecer.¿ Se ha generado un modelo local basado en un análisis de Fourier el cual:o En altas y bajas latitudes reproduce los incrementos de mejor que el IRIo En latitudes medias presenta una pequeña mejora respecto al IRI.¿ Se han generado dos modelos globales para y basados en una técnica de armónicos esféricos, donde los coeficientes de Gauss son función del tiempo y de la actividad solar Rz12.¿ El modelo empírico de mejora las predicciones del IRI un 25% para bajas latitudes y un 10% para altas latitudes. La mejoría global es del 10%.¿ El modelo empírico de se desvía un 10-15% respecto a las observaciones experimentales.Estudio de las burbujas ecuatoriales:¿ Se ha desarrollado una técnica de post-procesado para detectar y caracterizar las burbujas a partir de datos GNSS y se ha implementado en una aplicación Java.¿ Esta aplicación proporciona: el número de burbujas detectadas, sus principales características (profundidad y duración) y resultados estadísticos (distribución diurna y estacional, etc.).¿ El análisis espacial ha mostrado que el número de burbujas es mayor cerca del ecuador magnético.¿ El análisis temporal concluye que las burbujas se encuentran de 19:00 a 2:00, detectando comportamientos estacionales dependiendo de la longitud.