PPGCC

Cintilação Ionosférica e seus Efeitos no

Posicionamento GNSS

Bruno César Vani

(Doutorado – PPGCC)

brunovani22@gmail.com

Orientador:

Prof. Dr. João Francisco Galera Monico

Co-orientador:

Prof. Dr. Milton Hirokazu Shimabukuro

13/09/2016

Conteúdo da Apresentação● Motivação, contexto e revisão● Fundamentação Teórica● Monitoramento

● Índices de Cintilação● Aspectos associados às Cintilações● Efeitos no Posicionamento GNSS● Pesquisas / Estado da Arte● Base de Dados e ISMR Query Tool● Questões● Encerramento

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● O posicionamento GNSS é degradado pela cintilação ionosférica

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Mais problemas da cintilação relatados...

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Contexto● Redes GNSS:– IGS

– RBMC

– GNSS/SP

● Protocolos e Padrões:– RINEX

– IONEX

– NTRIP/RTCM

● Efeitos Sistemáticos:– Orbitais

– Hardware

– Atmosfera● Troposfera● Ionosfera

– Multicaminho

– Geodinâmicos

Estação PPTE.

● Pseudodistância● Fase

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Posicionamento GNSS

● GPS● GLONASS● Galileo● BDS● SBAS / GBAS

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Métodos de Posicionamento

PPS PPP

DGNSS

PPP

RTK

Ionosfera → Refração → Cintilação→

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Ionosfera / TEC

Hi=50~1000 km

Interação entre íons e elétrons livres

afeta a propagação de ondas de rádio

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Refração Ionosférica

● Klobuchar● IONEX● Combinações Lineares

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Cintilação Ionosférica

Rápida variação na amplitude

e/ou fase de um sinal ao se propagar por

irregularidades na densidade

de elétrons na ionosfera

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Sinais / Transmissão

GPS:

● L1 (1575,42 MHz)

● L2 (1227,60 MHz)

● L5 (1176,45 MHz)

Mod. Fase. Fonte: Forouzan (2006)

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Representação [1/2]

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Representação [2/2]

Índices:● S4● Sigma-fi

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Irregularidades

Perda de sintonia

Erros de medidas e

integridade ameaçada

Adaptado de Walter et al. (2010)

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Monitoramento por GNSS: Rede CIGALA/CALIBRA

Parceiros:

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Outras Redes:

http://www2.inpe.br/climaespacial/portal/sci-stations/

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Dados Brutos (raw) – 50 Hz

1 min.

Como são calculados os principais índices de cintilação

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Índice S4

S4=0,107

S4=0,583

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Índice Sigma-Fi

Sigma-fi=0,03

Sigma-fi=0,43

Dados Filtrados:

● Filtro Butterworth de 6ª Ordem● Limiares empíricos

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Principais Fatores e Aspectos Associados às Cintilações

● Ciclo Solar

● Sazonalidade

● Localização Geográfica

● Horário Local e Variabibilidade Diária

● Relação com Atividade Magnética

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Ciclo Solar

http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml

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Calendários:

- Ciclo Solar

- Sazonalidade

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Localização Geográfica

22/09/2014 a 15/10/2014

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Variabilidade Diária

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Ativ. Magnética

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Vídeo

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Consequências da cintilação ionosférica no Posicionamento GNSS

● Causam distúrbios nos sinais● Afetam as estações de referência● Prejudicam processos de redução de ruídos e

combinações lineares● Impedem que o GNSS seja a única forma de

se obter posicionamento em serviços onde a segurança é essencial– Podem causar interrupção do serviço de

posicionamento

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Efeitos no Posicionamento● Erros nas medidas● Links afetados

– Afeta DLL/PLL do receptor

● Geometria– Cobertura

● Método de Posicionamento– Perdas de ciclos

– Lacunas nos dados

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Degradação no Posicionamento RelativoMendonça; Monico e Motoki (2012)

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●Pesquisas sobre Cintilação●Estado da Arte

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Modelos Teóricos (climatológicos)

GISM

WBMOD

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Índices por receptores convencionais

Fonte: Pereira e Camargo (2016)

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Modelos Preditivos [1/2]

Rezende (2009)

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Modelos Preditivos [2/2] NS S4 < 0,5

S S4 ≥ 0, 5

Classificação

Lima et al. (2015)

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Mitigação[1/2]

De-weighting

● Modelos baseados no DLL/PLL do receptor:– Conker– Modelo I/Q– Modelo α-μ

Aquino et al. (2009)

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Mitigação[2/2]

Screening (exclusão)

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Operacionalização ● Resolução temporal/espacial● Funções de mapeamento

Sreeja, Aquino e Elmas (2011)

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●Infraestrutura de Análise disponível na FCT/UNESP

●Portal●Software ISMR Query Tool

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Portal na FCT/UNESPhttp://is-cigala-calibra.fct.unesp.br

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ISMR Query Tool

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Interface Principal: Gráficos de Cintilação

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Outros exemplos..

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Questões / Debate● Todos os métodos de Posicionamento GNSS são afetados pela cintilação?● Quais os efeitos da cintilação no rastreio do sinal GNSS?● Quais os horários mais suscetíveis à incidência de cintilações? ● Quais épocas do ano mais suscetíveis?● Há cintilação significativa mesmo durante o dia?● Todos os satélites são afetados simultaneamente?● É possível obter estimativas de cintilação à partir de receptores convencionais,

como os da RBMC?● Como descobrir se determinado problema durante as atividades (levantamentos,

navegação) estão ocorrendo devido à cintilação?● O que fazer se precisar do GNSS em um período no qual se tem certeza que

haverá cintilação forte?● Como saber se houve cintilação em determinado dia e horário?

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PPGCC

Agradecimentos

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