,-ATTf
Ionosferische vertragingen
f'
2000-3
GEODESIA
-160
CODE'S GLOBAL IONOSPHERE INFO FOR DAY 328. 1998 -
-135 -90 -45 0 45 90
Geographic longitude (degrees)
i I i
20 40 60
TEC (TECU)
13:00 UT
Fig. 2.
Afhankelijkheid
van het ionosfeer-
effect met de geo-
magnetische breed
te en de positie van
de zon (dag/nacht-
verschil). 1 TECU
(TEC-unit) is
ongeveer 0,16 m
ionosferische ver
traging op LI
(bron: CODE,
Center for Orbit
Determination
Europe, Universi
teit van Bern,
Zivitserland).
Belangrijk is dat de geheeltallige meerduidigheden op hun
correcte waarden worden bepaald. Het vasthouden van
een onjuiste set van meerduidigheden
heeft immers een foutieve coördinaat
oplossing tot gevolg. Hiervoor is van
belang dat de waarnemingen gecon
troleerd zijn op toevallige fouten (zoals
'cycle-slips' en 'outliers') en dat daar
naast het wiskundige model dat ge
bruikt wordt voor de vereffening, vol
doende goed is.
Wanneer en hoe dienen we in het wiskundige vereffenings
model voor GPS-metingen rekening te houden met de sys
tematische fouten ten gevolge van de voortplanting van de
signalen door de atmosfeer? In [2] is aan de orde gekomen
dat voor GPS de atmosfeer wordt opgedeeld in een deel
waarin geladen deeltjes voorkomen (de ionosfeer) en een
deel zonder geladen deeltjes, maar met neutrale (gas)-
moleculen (de troposfeer). Deze deeltjes beïnvloeden de
signalen: de voortplantingssnelheid van het signaal is niet
gelijk aan die in vacuüm (de constante lichtsnelheid) en
daarnaast plant het signaal zich niet exact langs een geo
metrische lijn voort, er treedt kromming op. Deze verande
ring van de voortplantingssnelheid (ook refractie genoemd)
is verschillend in de ionosfeer en troposfeer, en kan daar
door voor verwerking van GPS-metingen gescheiden wor
den behandeld. Daarnaast worden de te schatten basislijn
coördinaten verschillend beïnvloed door beide atmosfeer
componenten: de ionosferische vertraging heeft voorname
lijk effect op de horizontale positie, en de troposferische
vertraging beïnvloedt vooral de hoogtecomponent. In [2] is
de relatie tussen de troposferische vertraging en hoogte
bepaling aan de orde gekomen. In dit artikel zal worden
ingegaan op het effect van de ionosfeer.
De ionosfeer is het gedeelte van de atmosfeer hoger dan on
geveer 80 km boven het aardoppervlak, waarin door UV-
straling afkomstig van de zon moleculen zijn geïoniseerd in
Fig. 3.
Op deze foto van
de zon zijn duide
lijk enkele zonne
vlekken te onder
scheiden (bron:
NASA Goddard
Space Flight
Center, VS).
Fig. 4.
Het noorderlicht of
de aurora borealis
is een spectaculaire
weergave van de
elektrische effecten
in de ionosfeer.
Hierbij ivorden
elektronen af
komstig van de zon
als het ware 'geïn
jecteerd' in de iono
sfeer, en onder
invloed van het
aardmagnetische
veld ontstaan
flitsen in allerlei
kleuren. Het effect
ivordt meestal
gezien op polaire
breedten, zoals die
van Canada,
Scandinavië en
Rusland.
vrije ionen en elektronen. In de lagere
atmosfeerlaag (de troposfeer) bevin
den zich daarentegen nauwelijks gela
den deeltjes. Van de geladen deeltjes
in de ionosfeer zijn het met name de
elektronen die de GPS-signalen beïn
vloeden. De dichtheid van deze vrije
elektronen is niet constant met de
hoogte (fig. 1): tot ongeveer 300-400
km vindt er een toename plaats en
daarboven neemt de dichtheid af. Een
maat voor de hoeveelheid elektronen
wordt aangeduid met TEC (Total
Electron Content). TEC kan worden
voorgesteld als de hoeveelheid elektro
nen in een cilinder met een basis van
1 m2 die het geometrische pad tussen
ontvanger en satelliet omspant.
De beïnvloeding door deze elektronen
heeft als gevolg dat de code van het
GPS-signaal er langer over doet dan
wanneer het signaal zich zou voort
planten door vacuüm: de gemeten
looptijd is langer en we spreken van
een ionosferische vertraging. Voor de
fase van het signaal is dit precies an
dersom: de fasemeting uitgedrukt in
afstand is korter en er treedt een ver
snelling ten gevolge van de ionosfeer
op. Deze ionosferische faseversnelling
is dus tegengesteld aan de codever
traging.
Belangrijk is ook dat het ionosfeer-
effect (faseversnelling of codevertra
ging uitgedrukt in afstandseenheden)
omgekeerd evenredig is met de fre
quentie van het signaal. We noemen
dit dispersief. We kunnen schrijven
voor de ionosferische vertraging I:
Deze formule geldt voor de code
metingen waarbij TEC de Total Elec
tron Content en de signaalfrequentie
voorstelt (A is een constante). Voor
fasemetingen is het effect tegengesteld,
dus —I.
114
