plus
reset
minus
plus
minus
تاریخ انتشاردوشنبه ۲۸ تير ۱۴۰۰ ساعت ۱۰:۱۵
کد مطلب : ۴۳۷۸

ضرورت بهبود مدل‌های یونوسفری بر اساس مشاهدات سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS)

مهندس غلامرضا کریم‌زاده، اداره کل ژئودزی و نقشه‌برداری زمینی
ضرورت بهبود مدل‌های یونوسفری بر اساس مشاهدات سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS)
plusresetminus
ضرورت بهبود مدل‌های یونوسفری بر اساس مشاهدات سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS)

خطاهای عمده در ارایۀ خدمات تعیین موقعیت، ناوبری و زمان‌سنجیGPS  را اغلب نتیجۀ تأخیر یونوسفری می‌دانند. تأخیر سیگنال GPS با محتواي کلی الکترون (Total Electron Content - TEC) یونوسفر، رابطۀ مستقیم دارد. محتواي کلی الکترون یکی از عناصر کلیدي و مهم براي مشاهدۀ ساختار متغیر یونوسفر است. مقدار TEC علاوه بر تغییرات کوتاه مدت ناگهانی ناشی از تأثیر پدیده‌های خورشیدی - زمینی و ژئوفیزیکی، به صورت روزانه، فصلی، شش ماهه و سالانه نیز تغییر می‌کند. از آن جائی که خورشید منبع اصلي يونیزاسیون براي یونوسفر به شمار مي‌رود، بنابر این طبیعي است که غلظت یا دانسیتۀ الکترونی یونوسفر با تغییر زمان در روز، تغییر فصل و نیز با تغییر موقعیت جغرافیايي تغییر نماید. تغییرات یونوسفر در طول شبانه روز ناشي از دوران زمین است. البته افزايش دانسیتۀ پلاسما در یونوسفر با تعداد لکه‌هاي خورشیدي نیز متناسب است. فعالیت لکه‌هاي خورشیدي داراي يک پريود طولاني 11 ساله است، از این‌رو غلظت یونوسفر نیز از همین پریود زمانی تبعیت مي‌کند. در نتیجه، محتوای کلی الکترون یا TEC با توجه به پارامترهائی مانند عرض جغرافیایی‌، طول جغرافیایی‌، زمان محلی‌، فصل‌، چرخۀ خورشیدی و فعالیت ژئومغناطیسی‌، تغییرات زمانی و مکانی قابل توجهی دارد.
استفاده از سیستم‌های تعیین موقعیت و ناوبری جهانی در پیش‌بینی محتواي کلی الکترون، راه حلی مفید و مقرون به صرفه است. سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای مدرن به طور مداوم مشاهدات TEC یونوسفر را ارائه می‌نمایند. از این مشاهدات در بررسی و مدل‌سازی تأثیر محتواي کلی الکترون بر سیگنال‌های رادیویی GPS استفاده می‌شود. بی تردید، مدل‌هائي که به این روش تعیین مي‌گردند، نیاز به ارزیابی و بهبود مستمر دارند. روش‌های متعدد پیش‌بینی بلند مدت و کوتاه مدت TEC باید برای هر منطقه خاص آزمون شوند، از این رو مطالعات و بررسی‌های مختلفی در این زمینه انجام گرفته است. 
برای مثال، طی مطالعه‌ای که با همکاری دانشگاه‌های شهر گویلین و شهر ووهان چین انجام شد چهار مدل‌ پیش‌بینی کوتاه مدت محتواي کلی الکترون با استفاده از مشاهدات GPS در عرض‌های جغرافیائی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفتند و دقت نسبی مدل‌ها برای پیش‌بینی 6 روز جلو‌تر تعیین گردید. این تحقیق با استفاده از داده‌های دقیق نقشۀ یونوسفریک جهانی متعلق به IGS (یا International GNSS Service) انجام شد. نتایج تحقیق مذکور در نوامبر 2019 در کنفرانس بین‌المللی با عنوان ژئوماتیک در عصر کلان داده‌ها ارائه گردید.
مثال دیگر، بررسی و مطالعه‌ای است که طی آن روش‌های پیش‌بینی TEC در منطقه‌ای واقع در عرض جغرافیائی میانی و با داده‌های سال 2008 و 2015 ایستگاه‌های Juliusruh آلمان،Rostov  روسیه و Manzhouli چین مقایسه شدند. در این بررسی، دو مدل‌ پیش‌بینی طولانی مدت، با نقشه‌های یونوسفریک جهانی مقایسه و ارزیابی گردیدند. همچنین در مطالعه‌ای دیگر، مدل‌های پیش‌بینی (برای یک ساعت جلوتر) TEC با داده‌های 24 ساعتۀ اخذ‌شده در طول 8 سال (2009 تا 2016) از ایستگاه‌های GNSS واقع در منطقه استوائی و با عرض‌ جغرافیائی پائین بنگلور هند با هم مقایسه شدند. نتایج هر دو مقایسه مذکور، در نشریۀ Geodesy and Geodynamics 11 (2020) منتشر گردیده‌اند.  
اما در بیان پیشینۀ مدل‌سازي یونوسفر در ايران مي‌توان به مدل‌سازي منطقه‌اي توزيع چگالي الکتروني در لايۀ یونوسفر با استفاده از آنالیز موجک و مشاهدات GPS اشاره کرد که در سال 2013 در دانشگاه خواجه نصیرالدين طوسي و با استفاده از مشاهدات ایستگاه‌های دائمی تعیین موقعیت و ناوبری سازمان نقشه‌برداری کشور (ایستگاه‌های ژئودینامیک)  انجام شد. علاوه بر این، می‌توان از مطالعه دیگری نام برد که تحت عنوان "ارزیابی مدل یونوسفر ایران بر مبنای پردازش مشاهدات GPS" و با پردازش داده‌هاي يک روز (22 ژوئن 2009) مربوط به 43 ايستگاه دائمي شبکۀ ژئودينامیک سراسري ايران به همراه مشاهدات حدود 180 ايستگاه IGS انجام گردید. این تحقیق با هدف مدل‌سازی دقیق‌تر یونوسفر در ايران و نیز به منظور بررسی کارايي مدل مورد نظر در پردازش مشاهدات تک فرکانس صورت گرفت. نتایج این تحقیق در نشريه علمي-پژوهشي علوم و فنون نقشه‌برداري، دوره پنجم‌، شماره 4، ارديبهشت ماه 1395 منتشر شد.
همچنین در تحقیق دیگری که در دانشکده مهندسی نقشه‌برداري و اطلاعات مکانی دانشگاه تهران انجام شد، با استفاده از مشاهدات کد سیگنال‌های GPS مقدار محتواي الکترونی قائم در یک ایستگاه محاسبه و روشی نیز براي مدل‌سازي محلی و دقیق ارائه گردید. نتایج این مطالعه نیز در مجله ژئوفیزیک ایران، جلد 11، شماره 4، سال 1396 منتشر شد. 
نتایج مطالعات و پژوهش‌های انجام‌شده حاکی از آن است که تأثیر الکترون‌های آزاد یونوسفر بر فرآیند انتشار سیگنال‌های ماهواره‌ای موجب کاهش دقت ناوبری و موقعیت‌یابی می‌شود. از این رو، ایجاد و به کارگیری مدل‌های دقیق‌تر در پیش‌بینی تأخیر یونوسفری سیگنال‌های ماهواره‌ای، موجب بهبود خدمات سامانه‌های موقعیت‌یابی و ناوبری جهانی خواهد شد.
منابع:
http://irisweb.ir/files/site1/rds_journals/986/article-986-200209.pdf
https://www.researchgate.net/publication/323883644
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674984719300898
https://www.researchgate.net/publication/339152689
https://www.researchgate.net/publication/337814914
https://www.ncc.gov.ir/vdcd.50o2yt0sja26y.html
ncc.gov.ir/vdcd.50o2yt0sja26y.html