Influência dos efeitos ionosféricos de ordem superior no domínio das observações e do posicionamento GNSS no ciclo solar 24

Abstract

O presente trabalho teve como objetivos a investigação dos efeitos de ordem superior da ionosfera (higher-order ionospheric effects - HOI) e seus impactos no posicionamento pelo Global Navigation Satellite System (GNSS) no ciclo solar 24. Na primeira etapa deste trabalho, a influência dos efeitos HOI no posicionamento GNSS foi analisada sazonalmente em períodos de baixa e alta atividade ionosférica ao longo do ciclo solar 24 (janeiro, abril, julho e outubro nos anos de 2010, 2013, 2014 e 2018). Os valores obtidos para o erro devido a não consideração dos efeitos HOI também foram analisados por regiões ionosféricas. Os valores máximos observados foram cerca de 0,004 m (na região equatorial). Além disso, a partir das análises de correlações por médias mensais, resultados demonstraram uma relação direta entre o número de manchas e fluxo solar na ionosfera e o erro. Na segunda parte, os efeitos HOI nas observações foram estimados para a data da tempestade geomagnética mais intensa do ciclo 24, ocorrida em 17 de março de 2015. O efeito de segunda ordem atingiu valor máximo próximo a 0,050 m (para a frequência L 2 utilizando o código). Além disso, foram verificados os efeitos HOI no posicionamento pelo Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) e pelo Posicionamento Relativo Estático (PRE). No PPP, o erro alcançou valor máximo e média em torno de 0,011 m e 0,005 m na planimetria e 0,007 m e 0,002 m na altimetria, obtidos na fase principal da tempestade. No PRE, o valor máximo do erro foi cerca de 0,009 m e média 0,001 m, na planimetria e na altimetria. As investigações deste trabalho apontam que a importância do erro devido a não consideração dos efeitos HOI consiste em sua associação ao posicionamento de alta precisão a nível milimétrico, principalmente em períodos de alta atividade solar ou durante a ocorrência de tempestades geomagnéticas. Palavras-chave: Bernese GNSS. Ionosfera. Tempestade Geomagnética. TEC. PPP-GPS.

The present work had as objectives the investigation of higher-order ionospheric (HOI) effects and its impacts on Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning in the solar cycle 24. In the first stage of this work, the influence of HOI effects on GNSS positioning was analyzed seasonally in periods of low and high ionospheric activity throughout the solar cycle 24 (January, April, July and October for the years 2010, 2013, 2014 and 2018). The values obtained for the error due to non-consideration of HOI effects were also analyzed by ionospheric regions. The maximum values obtained for the error were around 0.004 m (in the equatorial region). In addition, from the analysis of correlations by monthly averages, results demonstrated a direct relationship between the number of spots and solar flux in the ionosphere and the error. In the second part, the HOI effects in the observations domain were estimated for the date of the biggest solar storm that occurred in cycle 24, which occurred on March 17, 2015. The second order effect reached a maximum value close to 0.050 m (for the L 2 frequency using the code). In addition, the HOI effects in the positioning domain was verified by Precise Point Positioning (PPP) and by Static Relative Positioning (PRE). In the PPP, the error reached maximum and average value around 0.011 m and 0.005 m in planimetry and 0.007 m and 0.002 m in altimetry, obtained in the main phase of the storm. In the PRE, the maximum error value was about 0.009 m and average about 0.001 m, in planimetry and altimetry. The investigations of this work point out that the importance of the error due to the non- consideration of the HOI effects consists of its association with the positioning of high precision at the millimeter level, mainly in periods of high solar activity or during the occurrence of geomagnetic storms. Keywords: Bernese GNSS. Ionosphere. Geomagnetic Storm. TEC. PPP-GPS.