Tropospheric Zenith Delay Prediction Accuracy for Airborne GPS High-

Precision Positioning

Steven Segura Moreno 20072025098Yuly Mendivelso Caro 20081025062Jeimy Lucia Sabogal 20101025094

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Predicción del retraso troposférico cenital y evaluación de exactitud para el posicionamiento GPS aerotransportado

de alta precisión

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Retraso Troposferico

• A medida que las radio señales usadas en las técnicas radiométricas espaciales (como la radio señal GPS) atraviesan la atmósfera neutral de la Tierra, éstas experimentan un deceso en su velocidad de propagación y como consecuencia una desviación en línea recta de sus caminos originales.• Las señales de radio GPS se ven afectadas de

manera significativa por la variable del índice de refractividad de la atmósfera neutral. 2

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Consecuencias del Retardo Troposférico• Degradación de la estimación de la posición, afectando

principalmente a la componente de la altura lo cual se constituye por lo tanto en una limitación para obtener exactitudes altas en el posicionamiento GPS aerotransportado.

• Podría introducir también errores en la resolución de la ambigüedad en las señales portadoras.

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Modelado del Retardo Troposférico

• A los efectos de modelado, el retardo troposférico puede ser escrita explícitamente como la contribución de una

hidrostática (mayormente seco ) y un componente húmedo . + .

Donde: Propagación del retraso troposférico dado un ángulo de elevación ε.

: Contribución de la componente hidrostática (mayormente seca). Es el producto entre el retraso cenital hidrostático -- y su respectiva función de mapeo hidrostática --.

: Contribución de la componente húmeda. Es el producto entre el retraso cenital húmedo -- y su respectiva función de mapeo húmeda --.

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Retardo del Cenit

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El retardo experimentado por una señal de radio en la dirección del cenit se define como

Donde N es la refractividad totalrs es el radio geocéntrico de la antena del receptor, ra es el radio geocéntrico de la parte superior de la atmósfera neutradz tiene unidades de longitud. También se define como

+ Donde: Nh: es la componente hidrostática de la refractividad.

Nw: es la componente húmeda de la refractividad (que preferiblemente debería ser llamada no hidrostática debido a la contribución particionada de gases secos y vapor de agua que en ella se dan).dhz representa el retardo cenital hidrostática dwz representa el retardo cenital humedo

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Y: = = (Ps/gm

= Con:

)

Donde representa el retraso hidrostático del cenit y representa el retraso húmedo del cenit y además se tiene que:Ki: son constantes determinadas empíricamente en laboratorio [Bevis et al., 1994].: es la constante específica de gas para el aire seco.: es la constante específica de gas para el vapor de agua.ρ: es la densidad del aire húmedo.e: es la presión del vapor de agua.T: es la temperaturaZd y Zw : son los factores de compresibilidad para el aire seco y el vapor de agua respectivamente [Owens, 1967]

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• El retraso hidrostático del cenit -- se puede predecir con exactitud milimétrica siempre y cuando hayan disponibles mediciones exactas de la presión en las estaciones debido a que este está en función de gm que es la aceleración debido a la gravedad en el centro de masa de la columna vertical de aire de prueba, y Ps que es la presión en la localización de la antena.

• Pero la resolución de la integral que representa la componente húmeda es más difícil puesto que requiere de un perfil de vapor de agua (que usualmente no es conocido) además de condiciones de superficie que no están ni fuerte ni universalmente correlacionadas con las condiciones presentes en las grandes alturas (como las de posicionamiento GPS aerotransportado).

• Por este motivo se han desarrollado una gran variedad de modelos, algunos de ellos empíricos, que permitan atacar y dar solución al problema. 7

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UN NUEVO MODELOSe presenta un nuevo modelo empírico para el retardo cenital húmedo. Basándose en los resultados de trazado de rayos obtenidos utilizando datos de 50 estaciones de radiosondeo distribuidos en todo el mundo donde se ha encontrado que existe una correlación entre el retardo cenital húmedo y la presión del vapor de agua de la superficie.

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OTROS MODELOS• El modelo Saastamoinen se puede adaptar a un particular, el

modelo analizado aquí se corresponde con la formulación estándar derivada por las condiciones de latitud media.

• Para el modelo desarrollado por Askne y Nordius , el valor global del agua parámetro lapso de vapor.

• El modelo empírico de Baby et al. Es un función de la humedad relativa y la temperatura de superficie, y un conjunto de coeficientes empíricos (n y G), que puede ajustar para diferentes regiones climáticas

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• Otro modelo comúnmente utilizado es el desarrollado por Altshuler y Kalaghan [1974]. Este modelo es un función de la latitud del usuario, la altura y la superficie refracción, que es a su vez calcula en función de la latitud del usuario, la altura, y la temporada.

• El modelo de retardo cenital adoptado para la OTAN modelo estándar troposfera se basa en la Atmósfera CRPL Referencia - 1958 [ Bean y Thayer , 1959 ] y es una función de la altura sobre el nivel del mar y la refracción de nivel medio del mar.

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Evaluación del modelo• Los Sondeos radiosonda consisten en perfiles de altura de

presión, temperatura, y humedad relativa o el punto de rocío. El rendimiento de cada modelo de predicción fue evaluada en términos de su sesgo, correspondiente a la media de las diferencias entre los valores del modelo y los rayos rastreo, y la raíz cuadrada media (RMS) se dispersan sobre este Valor (desviación estándar)

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 DEMORA HIDROSTATICA EN EL ZENITH

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Figura 1 - diagrama de caja y bigotes de las diferencias entre los modelos hidrostáticos retardo cenit y rayos el rastreo

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13Figura 2 - Sesgo (arriba parcela) y r.m.s. dispersar (parcela inferior) para los modelos hidrostáticos retardo cenit, el 50 de radiosonda estaciones.

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