¿Que es la ionosfera y cómo afecta a las mediciones con sistemas GNSS?
La ionosfera es una de las capas de la atmósfera que se extiende desde una altitud aproximada de unos 50 km hasta unos 1000 km desde la superficie.
Se conoce como actividad ionosférica a los cambios producidos en las partículas de esta capa de la atmósfera (ionización) debido principalmente a la radiación solar. La actividad ionosférica depende de la ubicación geográfica, la hora del día, la estación del año y de los ciclos de actividad solar que duran aproximadamente 11 años.
La siguiente figura muestra la serie temporal de ciclos solares de 11 años. Comprobando las actuales mediciones (línea negra) y lo pronosticado (línea roja). Para el ciclo solar actual (25), se puede ver que ahora estamos en un período de mayor actividad ionosférica.
Número de manchas solares del ciclo solar publicado por el Centro de Predicción del Clima Espacial, NOAA, 2023. T
Según las observaciones del Space Weather Prediction Center (https://www.spaceweather.gov/products/solar-cycle-progression), la actividad solar en el ciclo actual ya es significativamente más fuerte de lo previsto a principios de 2023 y ya está en el nivel máximo solar experimentado durante el pasado ciclo solar (24), esperando que se alcance el pico máximo en 2025.
Como resultado, se espera que produzca efectos adversos más frecuentes y mayores en el seguimiento y posicionamiento de los sistemas GNSS, en ciertos momentos y en ciertos entornos, en los próximos meses.
¿Cómo se ven afectados los sistemas GNSS de precisión?
La ionosfera afecta la propagación de las señales de los satélites de las constelaciones de posicionamiento globales como GPS (USA), Glonass (Rusia), Galileo (EU) o Beidou (China), comúnmente conocidas como GNSS y puede tener un efecto adverso en el seguimiento de las mismas y en su uso para el posicionamiento preciso.
Las señales de los satélites (GNSS) se retrasan al pasar a través de las partículas cargadas de la ionosfera, este retardo ionosférico, es proporcional al contenido total de electrones (TEC) a lo largo de la ruta de la señal. Además, las irregularidades localizadas en la densidad de electrones, causan los llamados centelleos ionosféricos. Estos centelleos, son rápidas fluctuaciones temporales tanto en la amplitud como en la fase de las señales GNSS trans-ionosféricas.
Los sensores GNSS de precisión y los servicios de corrección GNSS como HxGN SmartNet utilizan técnicas de modelado avanzadas para estimar los efectos de las influencias ionosféricas e intentar mitigar los efectos de estos errores en el posicionamiento en el campo.
Sin embargo, una alta actividad solar, hace que estas influencias se amplifiquen, lo que hace que la corrección de este tipo de error sea más difícil de estimar y corregir.
¿Qué efectos implica para un usuario en campo?
- Degradación en el seguimiento de la señal GNSS, lo que provoca que se reduzca la cantidad de satélites utilizables.
- Reducción en la fuerza de la señal de comunicaciones de Banda L, lo que lleva a la recepción intermitente de correcciones, por ejemplo, al recibir datos para correcciones PPP o RTK.
- Mayor tiempo de inicialización (varios minutos) en trabajos con métodos RTK y mayor tiempo de convergencia en trabajos con métodos PPP.
- Precisión de posicionamiento reducida en soluciones con RTK y PPP.
- Incluso imposibilidad de obtener una posición precisa en determinadas horas o lugares durante un periodo de unas horas.
Dado que el TEC varía según la ubicación geográfica del receptor, la hora del día, la estación y nivel de actividad solar, predecir el impacto del aumento de los efectos ionosféricos en el GNSS de alta precisión no es fácil.
Actualmente (Febrero 2023) para Europa estamos teniendo los máximos "picos" de actividad entre las 9h y las 15h, siendo especialmente altos entre las 10h y las 13h.
Información del impacto de la actividad ionosférica HxGN SmartNet Iono Información de la actividad ionosférica índice I95 la red SWIPOS (Suiza) para solución VRS
¿Cómo puede un usuario de GNSS mitigar los efectos?
Se recomiendan las siguientes acciones para ayudar a mitigar los efectos del aumento de la actividad ionosférica al usar sistemas GNSS:
- Use la última versión de firmware en todos los sensores GNSS para lograr el mejor seguimiento y rendimiento en el posicionamiento.
- Utilice sistemas multi-constelación (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) para aumentar el número de observaciones disponibles para la solución de posicionamiento y aumentar la diversidad de las señales GNSS seguidas.
- Usar observaciones GNSS y correcciones RTK de múltiples frecuencias (3 o más), que pueden ayudar a mitigar los efectos ionosféricos.
- Siempre que sea posible, use datos de corrección RTK generados desde una estación de referencia con menor longitud de línea de base, es decir, una estación cercana (< 15 Km)
- Siempre que sea posible, utilice Internet móvil para la recepción de datos RTK/PPP como respaldo para el enlace de comunicación de banda L.
- Para aplicaciones topográficas de alta precisión, aplique tiempos de ocupación mayores y en diferentes momentos del día (bajo diferentes condiciones ionosféricas) para asegurar la calidad de la posición.
Aunque los pasos mencionados anteriormente ayudan a mitigar el impacto adverso del aumento de la actividad ionosférica, todas las señales GNSS y de banda L pueden verse afectadas en escenarios de centelleo extremo. Esto podría provocar una degradación significativa o incluso la pérdida total del posicionamiento GNSS durante determinados períodos de la jornada de trabajo.
Estos efectos son independientes del fabricante de equipos GNSS y de la red de correcciones a la que conecte el usuario para obtener posicionamiento preciso RTK/NRTK.