La ionosfera y el GNSS

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Sierra Nevada del Cocuy desde el sector Ritacuba. Fotografía de Carmen Rosa Castiblanco. 2009

La ionosfera y el GNSS

La ionosfera y el GNSS

El primer sistema de navegación satelital fue GPS-NAVSTAR (Sistema de Posicionamiento Global) desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD), con el fin de establecer un sistema de navegación preciso con fines militares que sustituyera al antiguo sistema utilizado, que no era otro que las mediciones Doppler de la constelación Transit. Este desarrollo se basó en el aprovechamiento de las condiciones de la propagación de las ondas de radio de la banda L en el espacio, así como la posibilidad de modular las ondas para que en ellas se pudiera incluir la información necesaria que permitiera posicionar un objeto en un sistema de referencia apropiado. Este proyecto se hizo realidad entre los meses de febrero y diciembre de 1978, cuando lanzaron los cuatro primeros satélites de la constelación NAVSTAR, que hacían posible el sistema que resolvería la incógnita de la posición en la Tierra. Con el paso de los años y el surgimiento de nuevas constelaciones, se acuña el término GNSS (Global Navigation Satellite System) con el propósito de aglutinar en uno solo las denominaciones de las constelaciones existentes a la fecha, tales como los sistemas en operación GPS de los Estados Unidos y GLONASS de Rusia, y en proceso de desarrollo e implementación GALILEO de la Unión Europea y COMPASS de China. Su principio conceptual es el mismo para las cuatro constelaciones, con ligeras variaciones en la distancia orbital, período y frecuencias de operación Los receptores GNSS recolectan todos los rangos de mediciones para cada satélite visible para las señales de tiempo de viaje (tiempo de vuelo) y fases (número de ciclos de onda) observadas. Para conocer la posición de los satélites y las mediciones de rango observadas, es posible extraerlo mediante mínimos cuadrados o implementando una solución basada en un filtro de Kalman. La naturaleza dispersiva de las cargas eléctricas de la ionosfera, infiere un avance en la fase, y análogamente un retraso en el grupo de la señal GNSS observada, causando errores en las mediciones de rango y subsecuentemente, errores en el posicionamiento. La señal GNSS al igual que cualquier onda electromagnética, es afectada por la carga eléctrica del plasma ionizado dispuesto en la ionosfera y en la plasmosfera. Métodos para el cálculo de contenido total de electones (TEC) han sido descritos detalladamente en diferentes artículos [e.g. Calais et ál., 1995; Gao et ál., 2002; Garner et ál., 2008; Ouyang et ál., 2008, entre otros.] Por conveniencia, el TEC es medido en unidades TEC (1 TECU = 1016 e.m-2). Sabiendo que el TEC es un parámetro integral, es imposible por ahora, determinar la altura de las anomalías ionosféricas, aunque la mayor contribución ocurre alrededor de la altura máxima de ionización, permitiéndonos considerar la ionosfera como una delgada capa en la región F2 y el TEC como el punto de intersección de la línea de vista con ésta.

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