Analysis and physical interpretation of ionospheric plasma irregularities effect on positioning

Resumen

El uso de la doble frecuencia en el posicionamiento GNSS permite trabajar con lo que se conoce como ¿combinación libre de ionosfera¿ que corrige en más de un 99% el retardo producido por la parte ionizada de la atmósfera; que constituye una de las mayores fuentes de error sobre dichas señales. Así mismo la combinación de observables en dos frecuencias permite también estimar el contenido total de electrones (llamado TEC) que atraviesa la señal entre el satélite y el receptor GNSS en cuestión. En este trabajo se analiza el efecto de las variaciones fuertes de ROT (la tasa de variación del TEC) asociadas a irregularidades ionosféricas en el posicionamiento. En concreto, en el posicionamiento puntual de precisión (PPP), en el que el efecto ionosférico se considera, en primer orden, eliminado. Este estudio muestra qué tipo de irregularidades ionosféricas, las cuales se identifican basándose en las distintas características exhibidas en el ROT, pueden dar lugar al deterioro de la precisión del PPP. Se explica la causa y las características de los fenómenos físicos asociados a la aparición de dichos errores, basándose en los resultados obtenidos de estaciones localizadas en latitudes geomagnéticas medias y bajas. Se ha observado un aumento en los fallos de los receptores GNSS, y en última instancia una disminución en la precisión PPP en modo cinemático, para los mismos períodos en los que se observa la presencia de irregularidades asociadas a bajas latitudes. Los resultados que se muestran en este trabajo presentan diferencias que dependen en gran medida del tipo de receptor. Así mismo, se aprecia una mejora en la precisión obtenida con los datos de los años más recientes que es atribuida a la calidad de los productos precisos proporcionados por el IGS (International GNSS Service). Se ha visto que la repetitividad se deteriora por la pérdida de señal, la dilución de precisión y la re-estimación de ambigüedades, debido a las deficiencias de los filtros del software de PPP para hacer frente a la información en los observables que se caracterizan por estar afectados por un gran ROT. También se aprecia que el deterioro de la solución final diaria en modo cinemático puede ser superior a un orden de magnitud con respecto a la solución esperada. Los resultados también muestran que un número crítico de satélites no es tan decisivo en la precisión del PPP cinemático, a menos que la distribución de los satélites en el cielo no sea lo suficiente buena o que las ambigüedades estén pobremente establecidas. Se ha observado que la incorporación de la constelación GLONASS al procesado PPP produce una mejora de los resultados en ambos períodos de alto y bajo ROT. Además, una frecuencia de muestreo de los datos mayor que 30 s, que ha sido la utilizada en el análisis, también puede disminuir el deterioro de PPP inducido por la reestimación de ambigüedades. Con respecto a las estaciones de latitudes medias, no se han observado errores grandes asociados a las irregularidades que se generan en dichas regiones. Sin embargo, la Tesis también analiza un caso-estudio en relación con las emisiones solares del 28 de octubre de 2003. Como respuesta a una fulguración solar se originó una emisión de ondas de radio y un aumento repentino del TEC (SITEC) asociado a las emisiones en EUV y rayos X que causó la degradación de la precisión en el PPP cinemático en varias estaciones del hemisferio iluminado (independientemente de la latitud). El estudio de este fenómeno ha conducido al desarrollo de un nuevo método para la detección de este tipo de sucesos.