بررسي تغييرات زماني- مكاني TEC در ايران با استفاده از مشاهدات GPS

Analysis on Temporal-Spatial Variations of Iranian TEC Using GPS Data

طی سالیان گذشته، استفاده از GPS به عنوان یك ابزار منحصربه‌فرد، در مطالعۀ چگونگی گذر امواج الكترومغناطیس ازلایه‌های مختلف اتمسفر به‌خصوص یونسفر مطرح بوده‌است. در حال حاضر یونسفر عمده‌ترین منبع خطا در موقعیت‌یابی با GPS محسوب-گردیده و میزان تاًثیر آن روی انتشار موج بستگی به مقدار TEC و فركانس سیگنال دارد. در این مقاله تغییرات زمانی-مكانی TEC در ایران با استفاده از مشاهدات حدود 40 ایستگاه IPGN مورد مطالعه قرار می‌گیرد. مدلسازی منطقه‌ای یونسفر، برآورد مقادیر TEC و محاسبۀ DCB گیرنده‌ها با استفاده ازتوابع هارمونیك‌كروی تا درجه و مرتبۀ 6 صورت گرفته و برای حذف اثرات هندسی همچون بایاس‌های ساعت ماهواره و گیرنده، تروپوسفر و ... از اختلاف مشاهدات كد هموارشدۀ فركانس اول و دوم استفاده شده است. كشف مشاهدات اشتباه و جهش‌های فازی و در نهایت هموارسازی مشاهدات كد با استفاده از مشاهدات فاز موج‌حامل در مراحل پیش‌پردازش انجام‌می‌شوند. در این مقاله مراحل محاسباتی و ترسیمی به ترتیب با نرم‌افزارهای برنیز و متلب انجام‌شده‌اند. پردازشهای انجام شده مربوط به 10 روز از سال 2012 و 3 روز از سال 2013 مطابق با اول هر ماه از تقویم خورشیدی بوده كه روزهای اول هر فصل را شامل شده و مطابق با نزدیكترین دورۀ بیشینه شدن اثر لكه‌های خورشیدی در افزایش مقادیر TEC هستند. نتایج محاسبات در بررسی تغییرات زمانی در نقاط مختلف ایران نشان‌ می‌دهند كه بیشترین و كمترین اثر یونسفر به‌ترتیب در فصل بهار و زمستان و بیشینه مقدار TEC در طول شبانه روز مربوط به حدود ساعت 14 به وقت محلی است. همچنین در مطالعۀ تغییرات مكانی یونسفر، تغییرات زیاد مقدار TEC با تغییر عرض‌جغرافیائی به خوبی مشهود است. به عبارت دیگر بیشترین و كمترین مقدار TEC در ایران به‌ترتیب مربوط به پائین‌ترین و بالاترین عرض جغرافیائی هستند. همچنین در این تحقیق مقدار TEC حدود 100TECU در فصل بهار 2012 مشاهده شد كه می‌تواند باعث حداكثر خطای به میزان 75 متر روی طول ماهواره-گیرنده برای ماهوارۀ نزدیك به افق و فركانس دوم گردد.

During the recent years, GPS has been introduced as a unique tool to study the propagation of electromagnetic waves through the atmospheric layers, in particular the ionosphere. The ionosphere is currently the major source of errors in GPS positioning which its effect on wave propagation is dependent on the amount of TEC and signal frequency. In this paper, the temporal-spatial variations in Iranian TEC has been studied using observations of 40 IPGN stations. For this purpose, GPS observation data, consisting 10 days in 2012 and 3 days in 2013 which are the first days of solar months, have been processed via Bernese 5.0 GPS software (first days of each season is included in our data). To do so, regional ionosphere modeling, estimation of TEC values and calculation of the receiver DCB have been performed by expansion of spherical harmonic functions up to the sixth degree and order. Furthermore, the difference between smoothed code observations from the first and second frequencies has been used to eliminate geometric effects, such as satellite and receiver clock biases and tropospheric delays. Blunder and cycle slip detection as well as code observation smoothing have been performed during preprocessing steps. The results have shown that the maximum and minimum ionosphere effects are related to the spring and winter seasons, respectively, and the maximum TEC value occures at about 14:00 local time. Moreover, we can see significant TEC variations in accordance with changes in latitude. on the other hand, the maximum and minimum TEC values in Iran is associated with the minimum and maximum latitudes, respectively. In the spring of 2012, 100 TECU was observed as the TEC value. If the satellites are near the horizon and by using second frequency, It could lead to an error 75 meters on the satellite–receiver range.