DSC05316

Wittom zagadnienia geodezji w epoce GPS

przy czym -40.3 jest pewną stałą, zaś (TEC) - TotoI Electron Content - oznacza zawartość swobodnych elektronów w jednostce objętości (Im³). Określenie wartości (TEC) jest sprawą bardzo złożoną, gdyż (TEC) jest zmienna w czasie i przestrzeni. Dla przykładu na rysunku 6.35 podajemy pewien obraz zmienności (EC) - Electron Content - wraz z wysokością dla pory dziennej i nocnej.

km

elektronów w cm*

Rys. 6.35. Przykładowy wykres zmienności (EC) z wysokością

Wykorzystując wzory na fazowy współczynnik załamania n_ę i na prędkość fazową v_ę oraz wykonując różniczkowanie dnldf możemy wyrazić grupowy współczynnik załamania ng w następującej postaci:

»,=i+yr(TEC):

Przenosząc następnie jedynkę na lewą stronę i dzieląc przez prędkość światła w próżni c, możemy napisać wyrażenie na tzw. grupowe opóźnienie:

A/»^£(TEC).

W ten sposób można oszacować wpływ refrakcji jonosferycznej na pomiar odległości stacja-satelita. Stwierdzono na podstawie obserwacji, że parametr (TEC) ziemskiej jono-sfery zawiera się w przedziale (10164-1019) elektronów/m3. Przyjmiemy kilka wartości częstotliwości i obliczymy iloczyny c x At, czyli zmiany odległości w metrach:

Globalny system pozycyjny - GPS • 3.

jonosferycznc zmiany odległości stacja-satelita w metrach
częstotliwość	(TEC)- | 10^16 el/m^3	10^11 el/m^3
100 MHz	40 m	4 000 m
400 MHz	2.5 m	250 m
2 GHz	0.1 m	10 m
10 GHz	0.004 m	0.4 m

Efekty refrakcji jonosferycznej są dość różnorodne. Najistotniejszy z nich to wspomniane wyżej opóźnienie grupowe. Ponadto występuje tzw. rotacja polaryzacji, przyśpieszenie fazy fali nośnej, refrakcja kątowa i inne jeszcze, mniej dla nas istotne zjawiska. Parametr (TEC) wyznaczany jest w postaci tzw. pionowego parametru (TEC) w funkcji cyklu słonecznego, dobowych efektów jonosferycznych i szerokości geomagnetycznej. Należy także uwzględniać kąt nachylenia satelity i wysokość jonosfery, gdyż opóźnienie sygnału w pionie zawiera się w granicach 0 + 50 ns, zaś w pobliżu horyzontu bywa trzykrotnie większe.

12

Refrakcja jonosferyczna a pomiary na dwóch częstotliwościach

Wartości przytoczone powyżej wskazują na bardzo poważne zakłócenia pomiarów, pociągające za sobą znaczne błędy wyników. Jest to powód, dla którego zarówno wcześniej, w systemie TRANSIT, jak i w systemie GPS stosuje się pomiary na dwóch częstotliwościach. Można na podstawie takich pomiarów niemalże całkowicie wyeliminować, a przynajmniej znakomicie ograniczyć wpływ refrakcji jonosferycznej, zarówno na wyniki pomiarów pseudoodległości, jak i różnicy faz. Liniową wartość poprawki jonosferycznej zapiszmy w postaci:

Uznajmy, że pseudoodległość stacja-satelita P, jest równa odległości Pj pomierzonej na pierwszej częstotliwości f z odpowiednią poprawką i że ta sama odległość może być wyrażona przez Pf i Srj^ związane z drugą częstotliwością pomiarową. Tzn.:

i = p;+sc i tftgl.

Kombinacja obu powyższych wyrażeń prowadzi do wniosku, że można wyznaczyć pseudoodległość wolną od błędów refrakcji jonosferycznej, gdyż

P’-Pf

<&£«