Osservabili GPS > Modello a Thin layer e Mapping Function [Capitolo 3.3]

La situazione più comune che si riscontra nell’uso dei sistemi satellitari è quella in cui i satelliti si trovano lungo direzioni diverse da quella dello zenith del ricevitore,

quindi si può valutare il TEC lungo un percorso ricevitore-satellite non verticale ed obliquo (STEC). Tuttavia, per la mappatura di TEC da dati da GPS, il TEC lungo la verticale (VTEC) si presta alla costruzione di mappe bidimensionali per la sua univocità, ovvero si assume l’assenza di gradienti orizzontali [16].

L’approccio più comune alla stima del VTEC consiste nel proiettare il valore dello STEC lungo la verticale. Siccome il sistema GPS fornisce misure di STEC, è necessario usare una funzione di proiezione (mapping function)

Ambiente Ionosferico > Contenuto Elettronico Totale [Capitolo 1.5]

Si definisce il contenuto elettronico totale (TEC, indicato anche come ) con:

(1.5)

in cui S è il percorso di integrazione considerato e N(s) è la densità elettronica  in un punto. Ai fini della modellazione della ionosfera per propagazione radio, in molti casi si calcola il TEC verticale (VTEC) lungo un percorso zenitale. Valori tipici di TEC verticale possono variare tra e , quindi si usa anche misurare il contenuto elettronico in termini di unità TEC (TECu):

, (1.6)

L’andamento giornaliero del TEC verticale sopra un punto a medie latitudini segue quello giornaliero solare, raggiungendo il valore massimo intorno alle ore 1400 LT (local time) e quello minimo poco prima dell’alba [5]. Inoltre si notano variazioni stagionali, con i valori più bassi di TEC durante l’estate locale e quelli più alti durante i periodi di equinozio.

TEC Verticale > Introduzione 2

Dal 1992 opera il servizio internazionale GPS (IGS), il quale fornisce serie temporali di VTEC e altri numerosi parametri di interesse geofisico per mezzo della sua rete di Centri di Analisi (ACs).

Tra tali centri vi è il CODE (Center for Orbit Determination in Europe), il quale, oltre a numerosi parametri di interesse geofisico, produce mappe globali di VTEC (Global Ionosphere Maps o GIMs), le quali fungono da riferimento per il monitoraggio del VTEC su scala globale e da termine di confronto per mappe globali o regionali prodotte da altre istituti.

TEC Verticale > Introduzione 1

Generalmente, dal momento che l’informazione che si ottiene dal GPS sulla ionosfera è il TEC e non la distribuzione verticale della densità elettronica, si assume un modello bi-dimensionale di densità, ovvero il modello a strato singolo (single layer o anche thin shell), nel quale si ipotizza che tutti gli elettroni liberi siano concentrati in uno strato di spessore infinitesimale.

L’altezza di questo strato viene posto di solito ad una quota tra i 350 km ed i 450 km rispetto alla superficie terrestre, che corrisponde approssimativamente all’altezza del massimo della densità elettronica. Con questa approssimazione, ai fini della caratterizzazione semplice e compatta del TEC, si proietta lo STEC lungo la verticale per mezzo di una funzione di proiezione e ci si riferisce a questo TEC calcolato lungo un percorso zenitale come TEC verticale (VTEC).

Si ha di conseguenza una modellizzazione semplice del TEC che permette una rapida correzione delle misure di posizione con ricevitori monofrequenza.

TEC verticale > Introduzione

La propagazione delle onde elettromagnetiche attraverso i vari strati dell’atmosfera è una materia complessa e tutt’ora costituisce il soggetto di ricerca in svariati ambiti di applicazione.

Da un lato il posizionamento preciso per mezzo del Global Positioning System (GPS) richiede grande considerazione dell’impatto del mezzo di propagazione, dall’altro il GPS usato per scopi di ricerca è diventato uno strumento unico per lo studio dell’atmosfera terrestre, la troposfera (o atmosfera neutra) e, in particolare, la ionosfera.

La ionosfera copre una regione situata all’incirca tra i 600 ed i 2000 km approssimativamente sopra la superficie terrestre ed è caratterizzata dalla presenza di un significativo numero di elettroni liberi e ioni positivi (atomi e molecole).