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標題圖示

地面全電子含量觀測

※簡介

目前環繞著地球運作中的全球導航系統衛星(Global Navigation Satellite System, GNSS)共有:

  1. 美國的Global Positioning System (GPS)：具有32顆人造衛星，分散在6個軌道面。每個衛星軌道高度約20,200公里，可涵蓋全球大部分地區。
  2. 俄羅斯的GLObal NAvigation Satellite System (GLONASS)：具有31顆人造衛星，分散在3個軌道面。軌道高度約19,100公里，提高了高緯度的涵蓋率。
  3. 中國的Beidou Navigation Satellite System (BDS，北斗)：由35顆衛星所組成，其中包含地球同步衛星(Geosynchronous equatorial orbit satellite, GEO satellite)、傾斜地球同步衛星(Inclined geosynchronous orbit satellite, IGSO satellite)與中軌道衛星(Medium Earth orbit satellite, MEO satellite)。
  4. 日本的Quasi-Zenith Satellite System(QZSS，準天頂衛星系統)：利用4顆位在地球同步軌道的人造衛星作為全球定位系統區域性功能的衛星擴增系統。
  5. 印度的Indian Regional Navigation Satellite System(IRNSS)：包含7顆衛星及輔助地面設施。其中3顆為同步衛星，分別位於東經34度、83度及132度。另外四顆衛星位於傾角29度的軌道上。
  6. 歐盟的Galileo：預計會有30顆衛星，設計能夠加強對高緯度地區的涵蓋。

而當GNSS衛星訊號傳至地面接收站時，雖然假設無線電波是以光速傳播，但由於經過地球電離層而使訊號發生延遲現象。而這個延遲現象又與路徑上的電子濃度有關，因此當訊號接收器收到來自定位系統衛星的訊號後，可以配合衛星位置等資料，計算出訊號路徑在傳播過程中改變的情形，進而得知路徑上的電子濃度。由於接收器收到訊號時，只能瞭解訊號最終的變化結果，因此得到的電子濃度亦是路徑上電子濃度的總和量，稱之為射線全電子含量(Slant total electron Content, STEC)。最後，再藉由程式轉換成垂直地面的含量並投影至適切的位置，就稱為垂直全電子含量(Vertical TEC)。

全電子含量表示的是單位面積上所含有電子濃度，也就是一個底面積為1平方公尺，高度為無限高的柱體中所含有的電子總數。為了簡化單位符號，以全電子含量單位TECU(Total electron content unit)表示，1個全電子含量單位(TECU)即為每平方公尺上有1016個電子存在。嚴格來說，所推算得到的全電子含量，其實只有包含地表到定位系統衛星軌道高度之間的空間，但是因為電離層中大多數的電漿粒子都集中在距離地表200到800公里之間的區域，因此就以量測到的結果表示觀測點上方的全電子含量。

觀測示意圖
全電子含量觀測示意圖(圖檔來源：國立中央大學太空科學與工程學系電離層電波科學實驗室)