Los errores atmosféricos en GNSS, suponen una parte muy importante de los errores en GNSS. Cuando hablamos de errores atmosféricos en GNSS tenemos en cuenta los causados por la ionosfera y también los causados por la troposfera.

Para hablar del error ionosférico, deberemos en primer lugar introducir de forma breve la ionosfera y sus características. La ionosfera es la capa comprendida entre 80 o 100 y 1000 km de altitud. Las radiaciones ultravioleta, solar y otras ionizan una porción de las moléculas gaseosas liberando electrones. Un medio en el cual la velocidad de propagación de la onda electromagnética depende de la frecuencia es un medio dispersivo, y la ionosfera es un medio dispersivo, su índice de refracción depende de la frecuencia y afecta de distinta forma a la fase que al código, por ello las señales GPS sufren retardo o adelanto según sea fase o código. Lo más interesante es que al ser la ionosfera un medio dispersivo, esta situación permite que con dos frecuencias L1 y L2 se pueda eliminar el efecto ionosférico, por una combinación lineal de frecuencias. La combinación lineal que elimina este efecto es la llamada libre ionosfera o L3.

Para poder explicar el comportamiento de la onda portadora y el código, procedentes del satélite, en su propagación por la ionosfera, calcular el retraso ionosférico y definir los modelos o sistemas de eliminación del efecto ionosférico, se necesita establecer la relación entre índices de refracción y velocidades. La primera cuestión radica en averiguar si las ondas al pasar por la ionosfera se retrasan, adelantan, o no varían respecto a la propagación de esa misma señal en el vacío.

En esta presentación se demuestra que en la ionosfera los códigos GPS se retrasan y las portadoras GPS se adelantan. En lo que respecta a la distancia geométrica medida entre el satélite y el receptor, las pseudodistancias medidas con códigos son demasiado grandes y las pseudodistancias medidas con fase son demasiado pequeñas.

Para poder entender los efectos del error troposférico en GNSS deberemos primero conocer qué entendemos por troposfera. La troposfera, tropopausa y estratosfera, a efectos de la propagación de las ondas GNSS, se consideran una capa única, a la que se denomina troposfera, se trata de un medio no dispersivo, con lo que su impacto no depende de la frecuencia, de manera que afecta a la modulación del código y a la fase de la misma forma. Se considera que esta capa alcanza hasta los 80-100 km de altitud, sin embargo el problema de retraso troposférico se produce en los 40 km más próximos a la Tierra. En los primeros 11 km la humedad juega un papel importante y en los comprendidos desde la Tierra hasta los 40 km, es donde la temperatura y presión son factores importantes.

El retraso producido por la troposfera puede llegar a alcanzar unos valores medios de 2,5 m en el cenit y se incrementa hasta los 25-30 m con la cosecante del ángulo de elevación, es decir unos retardos entre 3 y 100 nanosegundos.

Los principales efectos que la atmósfera puede producir sobre las ondas de radio son los siguientes:

• Atenuación atmosférica
• Centelleo troposférico
• Refracción troposférica ocasionada por la humedad y sequedad de la atmósfera

Para poder reducir los efectos de la troposfera en las ondas GNSS y conseguir precisiones aceptable para Topografía y Geodesia, los retrasos troposféricos cenitales se obtienen a partir de modelos troposféricos; los modelos más utilizados son el de Hopfield (1969) y el de Saastamoinen (1972), aunque existen otros como Ifadis, Goad Goodman, Black, Lany, Niell… Estos modelos dependen de la presión, temperatura, humedad y altitud.

El retardo depende de la ruta de la señal a través de la atmósfera neutra y por eso se debe modelar en función del ángulo de elevación del satélite. El retardo calculado sólo para la observación cenital, necesita de funciones de proyección para retardos diferentes a observables cenitales, y por eso se han desarrollado funciones de mapeo, como la desarrollada por Marini, Niell, Viena, Global Mapping etc.

Esta presentación describe la problemática de dos de los errores de mayor influencia en GNSS, los errores atmosféricos en GNSS: el error ionosférico y el troposférico; así como de las maneras eliminarlos o minimizarlos. La eliminación o disminución de estos errores hace posible el uso de la tecnología GNSS para fines de Topografía y Geodesia pudiéndose alcanzar en tiempo real precisiones centimétricas en tiempo real y submilimétricas en post-proceso.