بخشی از مقاله
چکیده :
ناحیه بالایی جو زمین که یونسفر نامیده میشود، محیطی است به شدت متغیر با زمان و مکان و دارای ویژگیهای فیزیکی بسیار پیچیده که در آن چگالی الکترونهای آزاد زیاد است و ازاینرو تأثیر بسزایی بر انتشار امواج رادیویی در این محیط خواهد داشت.
هنگامیکه سیگنالهای ماهوارههای GPS از یونسفر عبور میکنند، ممکن است دچار نوسانات سریع دامنه و تغییرات غیرمنتظرهای در فاز سیگنال شوند که این پدیده را تحت عنوان درخشش یونسفری میشناسیم. درخشش یونسفری که خود ناشی از بی نظمیهای کوچکمقیاس در چگالی الکترونی یونسفر - تحت تأثیر فعالیتهای خورشیدی - است، به شدت بر دقت و صحت مشاهدات GPS مؤثر است.
شدت اثرگذاری این پدیده بر سیگنالهای GPS به زمان، موقعیت جغرافیایی و فعالیتهای خورشیدی وابسته است. هدف مقالهی حاضر مطالعه موردی رخداد این پدیده در ناحیه ایران است. به این منظور در این مقاله به بررسی مشاهدات GPS و کشف زمانهای وقوع درخششهای یونسفری در آنها پرداخته شده است. نتایج حاصل از این بررسیها نشاندهندهی وقوع پدیدهی درخشش یونسفری و تأثیر آن بر مشاهدات GPS در این منطقه است.
-1 مقدمه
بهطورکلی ناحیه بالایی جو زمین که از ارتفاع حدود 60 کیلومتر تا 2000 کیلومتری بالای سطح زمین گسترده است را تحت عنوان یونسفر میشناسیم.
یونسفر محیطی است که ازلحاظ ویژگیهای فیزیکی بسیار پیچیده است و با تغییر زمان و مکان، ساختار و چگالی الکترونی آن تغییر خواهد کرد. این محیط توسط تابش یونیزهی خورشید تولیدشده، توسط تعاملات شیمیایی کنترلشده و بهوسیله پدیده پخش1 و باد خنثی منتقل می شود
با عبور سیگنال از محیط یونسفر ویژگیهای آن ازجمله دامنه، فاز، زاویه دریافت و... دستخوش تغییراتی میشود که ناشی از ناهمگنی و بینظمی های این محیط است. بعد از حذف خطای عمدی از سیستم تعیین موقعیت جهانی - - 2GPS عبور سیگنال از یونسفر، مهمترین عامل ایجاد خطای این سیستم به شمار میرود و می تواند به شکل تأخیر یونسفری و درخشش یونسفری اثرگذار باشد.
درخشش یونسفری عبارت است از نوسانات شدید در دامنه و فاز سیگنال ناشی از بینظمیهای کوچکمقیاس در چگالی الکترونی محیطی که سیگنال از آن عبور میکند و عمدتاً هم در لایه F یونسفر رخ میدهند.
تأخیر یونسفری تا حد قابل قبولی توسط ترکیبهای دوفرکانسه تقلیل مییابد و این در حالی است که اثر درخششهای یونسفری را نمیتوان با این روشها از بین برد. لذا در حال حاضر درخشش یونسفری یکی از مهمترین تهدیدها برای سیستم GPS به شمار میرود و بررسی رخداد و مقدار اثرگذاری آن بر سیگنالهای GPS امری ضروری و حائز اهمیت است.
درخشش یونسفری باعث افزایش سطح نویز مشاهدات و درنتیجه کاهش دقت تعیین موقعیت میشود و در حالاتی که درخشش یونسفری شدید رخ بدهد، قدرت سیگنال به حدی کاهش پیدا میکند که از سطح موردنیاز گیرنده برای دریافت یک سیگنال پایینتر خواهد بود و این امر موجب از دست رفتن قفل به ماهواره و ردیابی آن خواهد شد. بر این اساس درخششهای یونسفری به دودسته درخشش یونسفری دامنه و فاز تقسیم میشوند. درخشش یونسفری دامنه باعث از دست رفتن داده و رخداد جهش فاز میشود درحالیکه درخشش یونسفری فاز باعث ایجاد یک شیفت فرکانسی در سیگنال GPS و درنتیجه قطع قفل ردیابی فاز میشود.
مطالعاتی که روی پدیده درخشش یونسفری انجامشده اند، نشان میدهد که شدت آثار این پدیده وابسته به فرکانس سیگنال، موقعیت جغرافیایی، زمان محلی، فصل، فعالیتهای مغناطیسی، دوره یازدهساله خورشیدی و... است
طی چند دههی گذشته محققان بسیاری، پدیدهی درخشش یونسفری را موردمطالعه قرار دادهاند. در مقالهی لیو3 و یه4 مروری بر پدیده درخشش یونسفری سیگنال های رادیویی انجام شده است.[6] باسو 5 و همکارانش نشان دادند که تغییرات چگالی الکترونی یونسفر موجب رخداد درخشش یونسفری میشود
باسو و همکارانش مورفولوژی درخشش یونسفری را در هنگام غروب خورشید بررسی کرده و نشان دادند که این پدیده در عرض های جغرافیای بالا شدید، در نواحی با عرض جغرافیایی متوسط ضعیف و در نواحی استوایی شدید است.
پای6 و همکارانش برای اولین بار به بررسی درخشش یونسفری با استفاده از نرخ تغییرات محتوای کل الکترونی - 7TEC - یونسفر پرداخته و اندیس نرخ تغییرات - 8ROTI - TEC را برای مطالعهی رخداد این پدیده معرفی کردند.[9] سیونگ9 و همکارانش ضمن بررسی درخشش یونسفری در ایالت هانیان چین نشان دادند همبستگی بسیار بالایی بین نوسانات TEC، اندیس ROTI و نسبت سیگنال به نویز وجود دارد
در بخش دوم این مقاله به روش مطالعه و کشف درخشش یونسفری از مشاهدات GPS پرداخته در بخش بعدی دادهها و منطقهی مطالعاتی معرفی شده و در بخش آخر نتایج کشف رخداد این پدیده در ایران ارائه خواهند شد.
-2 روشها
-2-1 استخراج STEC از مشاهدات کد
اگر شبهفاصلهای که از ارسال کد C/A یا P از ماهواره k به گیرندهی i به دست میآید را بهعنوان تابعی از فاصله هندسی در نظر بگیریم، روی فرکانسهای L1 و L2 به شکل زیر فرموله میشود:
حال برای استخراج یک ترکیب عاری از هندسه از مشاهدات GPS نیاز به یک ترکیب خطی است. با تشکیل چنین ترکیبی نه تنها ترم هندسه بلکه تمام آثار مستقل از فرکانس مانند خطای ساعت و تأخیر تروپسفری حذف میشوند.
