مدل سازی منطقه ای توزیع چگالی الکترونی در لایه یونسفر با استفاده از آنالیز موجک و مشاهدات gps
چکیده
چگالی الکترونی لایه یونسفر، اطلاعات با ارزشی از شرایط فیزیکی این لایه از اتمسفر را فراهم می کند. انتشار امواج الکترومغناطیس در لایه یونسفر تحت تأثیر الکترون های آزاد این محیط می باشد. در نتیجه مدل سازی یونسفر در بسیاری از زمینه ها از قبیل ارتباطات مخابراتی، ناوبری و تعیین موقعیت ماهواره ای، سیستم های راداری و سایر فناوری های فضایی مورد توجه می باشد. مدل های تجربی از قبیل مدل iri صرفاً یک پیش بینی کلی از چگالی الکترونی یونسفر و vtec را ارائه می دهند. امروزه سیستم های gnss از قبیل gps به ابزاری کارآمد در مطالعه خصوصیات فیزیکی اتمسفر زمین تبدیل شده و اطلاعات با ارزشی جهت مدل سازی یونسفر در اختیار قرار می دهند. نقشه های جهانی یونسفری از vtec یکی از محصولات روزانه igs می باشد. ایستگاه های gnss شبکه مشاهداتی igs به صورت غیرهمگن در سراسر جهان پراکنده بوده و عدم پوشش این شبکه در مناطقی مانند ایران، موجب کاهش دقت نقشه های جهانی یونسفری در این مناطق می گردد. استفاده از توابع هارمونیک کروی روش معمول مدل سازی جهانی یونسفر بوده و به دلیل محمل جهانی آن، استفاده از آن نیازمند داده های منظم در کل کره می باشد. توابع با محمل فشرده به مانند موجک جهت مدل سازی منطقه ای یونسفر مناسب تر خواهند بود. در این رساله مدل سازی منطقه ای یونسفر با استفاده از مشاهدات شبکه دائم gps ایران جهت بهبود مدل تجربی و فیزیک پایه iri انجام گردید. در مدل سازی تک لایه یونسفر، بخش معلوم مدل سه بعدی vtec از مدل iri استخراج شده و بخش تصحیح برحسب توابع مقیاس b-spline نسبت به متغییرهای طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و زمان بسط داده شد. جهت کنترل دقت مدل سازی، مقادیر vtec حاصل از مدل سازی با مقادیر vtec دقیق حاصل از مشاهدات گیرنده های دو فرکانسه gps مقایسه گردید. ریشه میانگین مربعات خطای vtec حاصل از مدل سازی، هارمونیک های، مدل iri و نقشه های جهانی یونسفری به ترتیب برابر 0.50 ،1.27 ، 2.74 و4.24 در مقیاس tecu می باشد، که نشان دهنده برتری توابع پایه با محمل فشرده نسبت به توابع پایه با محمل جهانی در مدل سازی منطقه ای یونسفر و دقت بالای مدل توسعه داده شده در مناطق عاری از ایستگاه های یونوسوند iri و ایستگاه های gnss شبکه igs می باشد. در مدل سازی چند لایه یونسفر، بخش معلوم مدل چهار بعدی چگالی الکترونی از مدل iri استخراج شده و بخش تصحیح برحسب توابع مقیاس b-spline نسبت به متغیرهای طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و زمان و توابع متعامد جهت مدل سازی تغییرات ارتفاعی چگالی الکترونی بسط داده شد. از چگالی الکترونی حاصل از مشاهدات ایستگاه یونوسوند جهت ارزیابی دقت نتایج مدل سازی چگالی الکترونی استفاده گردید. مقایسه مقادیر ریشه میانگین مربعات خطای مدل سازی و مدل iri و هم چنین خطای نسبی مدل سازی (7 درصد) و مدل iri (22 درصد)، نشان دهنده دقت بالای مدل توسعه داده شده در بازسازی چگالی الکترونی یونسفر نسبت به مدل iri به خصوص در مناطق عاری از ایستگاه های یونوسوند iri می باشد. روش پایدارسازی تکراری lsqr که مناسب پایدارسازی مسائل بد وضع با ماتریس ضرایب بزرگ و تنک می باشد، در برآورد پارامترهای مدل بکار گرفته شد.