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PPGCC
Cintilação Ionosférica e seus Efeitos no
Posicionamento GNSS
Bruno César Vani
(Doutorado – PPGCC)
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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