Contributions to the 3D ionospheric sounding with GPS data
Authors:   , García Fernández Miquel 
Published: October 2023

La tesi proposa una sèrie d'algoritmes destinats a obtenir informació del contingut d'electrons lliures presents a la ionosfera. El tipus de dades que s'utilitzaran seran bàsicament les corresponents a receptors de dades del sistema de posicionament global GPS. En aquest context, la tesi proposa dos aproximacions al problema:<br/><br/>1. L'ús de dades de receptors de terra GPS combinades amb dades de ionosondes (que permeten obtenir perfils verticals del contingut d'electrons lliures de la ionosfera). Els receptors GPS donen una mesura del contingut total d'electrons en la línia de visió (i.e. integral de la densitat electrònica a través de la línia de visió o Contingut Total Electrònic Oblicu). Ara bé, el problema de les dades GPS de receptors de terra radica en el fet que són observacions bàsicament verticals i això provoca correlacions entre cel·les situades a la mateixa vertical, per tant no es possible descomposar aquesta integral de la densitat electrònica en les distintes parts que la formen. Per tant és necessari introduir un tipus de data addicional que pugui ajudar a desfer aquestes correlacions. Diversos autors proposen l'ús de models físics o dades complementaries a les dades de receptors GPS de terra, per exemple amb dades de receptors GPS embarcats en satèl·lits d'òrbita baixa (Low Earth Orbiters o LEO), associades a línies de visió horitzontal. En aquest treball es proposa l'ús de perfils verticals de densitat electrònica obtinguts a partir de dades de ionosonda. Els resultats obtinguts en aquest treball mostren que és possible expandir en longitud/latitud la resolució vertical que ofereixen els perfils verticals obtinguts a partir de ionosondes, amb discrepàncies similars a altres tècniques de sondeig ionosfèric.<br/>2. Nova implementació de l'algoritme d'inversió d'Abel. La inversió d'Abel és una eina que permet obtenir perfils verticals de densitat electrònica a partir de dades GPS de receptors embarcats en LEOs. Per que sigui aplicable, aquesta tècnica pressuposa dues hipòtesis. La primera és que la densitat electrònica depèn només de l'altura (hipòtesis de simetria esfèrica), el qual implica una clara limitació, especialment en zones on la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica és alta (per exemple en zones properes a l'anomalia equatorial o durant tempestes ionosfèriques). La segona és assumir que el contingut electrònic per sobre del LEO és negligible, el qual és menys cert a mesura que el LEO té una òrbita més baixa (com és el cas del satèl·lit CHAMP, el qual té una òrbita propera al màxim d'electrons lliures de la ionosfera). L'algoritme proposat en aquesta tesi proposa un apropament que permet la superació de la hipòtesi de simetria esfèrica mitjançant l'ús de dades ionosfèriques que descriuen la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica. Per tal de tenir en compte el contingut electrònic per sobre del LEO, s'introdueix una variable extra a l'algoritme, permetent així la seva estimació. Per validar la tècnica, s'han processat distints conjunts de dades corresponents a distints LEOs i èpoques. Les comparacions amb ionosondes confirmen una millora superior al 30% respecte a la clàssica aproximació que assumeix simetria esfèrica.