AVALIAÇÃO DOS EFEITOS IONOSFÉRICOS NOS SINAIS GNSS E CORRELAÇÃO COM ÍNDICES IONOSFÉRICOS E GEOMAGNÉTICOS

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1 X Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas Universidade Federal do Paraná UFPR AVALIAÇÃO DOS EFEITOS IONOSFÉRICOS NOS SINAIS GNSS E CORRELAÇÃO COM ÍNDICES IONOSFÉRICOS E GEOMAGNÉTICOS Leonardo José Lopes Dra. Heloísa Alves Silva Marques Curitiba, 2018

2 2 Introdução TEC Total Electron Content Conteúdo Total de Elétrons 1 TECU = elétrons/m 2

3 3 Efeitos ionosféricos Efeito ionosférico de primeira ordem Efeito ionosférico de segunda ordem Efeito ionosférico de terceira ordem em que: Modelo Global da Ionosfera TEC Modelo Regional da Ionosfera Observações GNSS Região Equatorial TEC

4 Variações da ionosfera Variações diárias fluxo de ionização solar Variações sazonais inclinação dos raios solares 4 Ciclos de longos períodos Manchas solares

5 5 Cintilação ionosférica Bolhas ionosféricas Regiões geográficas da ionosfera Anomalia Equatorial

6 6 Índices Ionosféricos f p F p I ROT ROTI Irregularidades ionosféricas ΔTEC f p (n, hr, i) = mediana ROT n: número do satélite hr: hora cheia, de 0 a 24 horas TU i: número da seção, com duração de 15 minutos nsat: total de satélites rastreados durante uma hora k: número de valores de fp em cada hora I ROT = 10 * RMS (ROT) baseia-se nas flutuações de fase é o desvio-padrão do ROT em um t = 5 min RMS do ROT (Root Mean Square) taxa de variação do TEC baseia-se no desvio-padrão do ROT

7 7 Padrão Classificatório do índice Irot Baixos níveis de irregularidade ionosférica Irot 0,5 Presença de irregularidades ionosféricas 0,5 < Irot 2,0 Fortes níveis de irregularidades ionosféricas Irot > 2,0 Padrão Classificatório do índice ROTI Baixos níveis de irregularidades ionosféricas ROTI 0,05 Presença de irregularidades ionosféricas 0,05 < ROTI 0,2 Fortes níveis de irregularidades ionosféricas ROTI> 0,2

8 8 Índices Ionosféricos Cintilação ionosférica Cintilação de amplitude índice S4 índices de cintilação ou índices atmosféricos Cintilação de fase índice σ Φ Δt = 60 (1,3,10,30 ) Padrão Classificatório do índice σ Φ Muito Fraca Fraca Moderada Forte 0,05 rad < σ Φ 0,2 rad 0,2 rad < σ Φ 0,3 rad 0,3 rad < σ Φ 0,6 rad <σ Φ > 0,6 rad (Hegarty, C. et. al, 2001)

9 9 Índices Geomagnéticos Tempestades geomagnéticas Kp, DsT, SYM-H Δt = 60 ISGI (International Service of Geomagnetic Indices) Classificação da Tempestade Geomagnética Índice DsT (nanotesla) Fraca -50 < DsT -30 Moderada -100 < DsT -50 Intensa -250 < DsT -100 Muito Intensa DsT -250 (Fedrizzi, M., 1999)

10 10 Materiais e Métodos Dados GNSS variações da ionosfera Software RINEX_HO (Marques et. al, 2011) Efeitos ionosféricos de primeira ordem Cálculo do TEC - Modelo Global da Ionosfera Obtenção dos Índices - Ionosféricos software Ion_Index (Pereira, V. A. S.; Camargo, P. O., 2014) - Geomagnético ISGI

11 11 Materiais e Métodos Critério para interpretação das correlações Correalação de Pearson Valores do Interpretação Coeficiente de Correlação (ρ) 0,00 < ρ < 0,30 Existe FRACA correlação linear 0,30 < ρ < 0,60 Existe MODERADA correlação linear 0,60 < ρ < 0,90 Existe FORTE correlação linear 0,90 < ρ < 1,00 Existe correlação linear MUITO FORTE

12 12 Resultados e discussões Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e o índice SYM-H Para todos os satélites (média do efeito ionosférico de 1ª ordem) Existem indícios de que quanto maior a atividade geomagnética, maior será a correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e o índice geomagnético SYM-H

13 Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e o índice SYM-H Para cada satélite: 13 Maior atividade geomagnética Maior correlação

14 14 Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e o índice SYM-H Em relação aos ângulos de elevação dados GPS coletados com ângulo de elevação superior a 40º se referem a maiores valores de correlação entre o índice SYM-H e o efeito ionosférico de 1ª ordem

15 15 Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e os índices Irot / ROTI Para todos os satélites (média do efeito ionosférico de 1ª ordem)

16 Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e os índices Irot / ROTI Para cada satélite: ΔTEC 16 POVE 0º55 N : menor ionização mais próximo do equador geomagnético

17 17 Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e índice SIGMA-PHI Para todos os satélites (média do efeito ionosférico de 1ª ordem)

18 Correlação entre o efeito ionosférico de 1ª ordem e índice SIGMA-PHI Para cada satélite: 18

19 Conclusões Efeito ionosférico de 1ª ordem e índice geomagnético SYM-H: 19 - Maior atividade geomagnética Maior correlação entre as variáveis - Maior taxa de variação para estações mais próximas da crista (15ºN/15ºS) da anomalia equatorial e menor taxa de variação para estação POVE (0º55 S) Efeito ionosférico de 1ª ordem e índices ionosféricos Irot / ROTI: em ambos os cenários de atividade geomagnética (MUITO INTENSA, CALMA), a correlação entre as variáveis se diferem (FRACA/MODERADA) - Maior taxa de variação: POVE (?) Efeito ionosférico de 1ª ordem e índice ionosférico SIGMA-PHI: em ambos os cenários de atividade geomagnética, a correlação entre as variáveis apresentam, em geral, correlação fraca - Taxa de variação pequena.

20 20 Conclusões Melhor análise e avaliação dos efeitos ionosféricos em sinais GPS Identificação e caracterização de ruídos do efeito ionosférico de 1ª ordem nos sinais GPS Efeito ionosférico - comportamento estocástico random walk Comportamento estocástico do efeito ionosférico varia de acordo com a atividade geomagnética? Modelagem estocástica mais realística posicionamento GPS e estimativa do efeito ionosférico

21 21 FIM. Obrigado pela atenção!

22 22 Referências Bibliográficas Fonseca Junior, E. S. O sistema GPS como ferramenta para avaliação ionosférica no Brasil p. Tese (Doutorado) Departamento de Engenharia de Transportes, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. Fedrizzi, M. Observações do conteúdo eletrônico total com dados GPS, f. Dissertação (Mestrado em Geofísica Espacial) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, São Paulo. Gonzalez, W. D.; Tsurutani, B, T.; Gonzalez, A. L. C. Interplanetary origin of geomagnetic storms. Space Science Reviews, v. 88., p , Mar Hegarty, C.; El-arini, M. B.; Kim, T.; Ericson, S. Scintillation modeling for GPS-Wide Area Augmentation System receivers. Radio Science, v.36, n.5, p , Sep./Oct Marques, H. A.; Monico, J. F. G.; Aquino, M. RINEX_HO: Second and Third Order Ionospheric Corrections for RINEX Observation Files. GPS Solutions, Pereira, V. A. S.; Camargo, P. O. Padrões para classificação dos índices de irregularidades de ionosfera: Irot e ROTI. In: Anais do V Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação. Instituto de Tecnologia de Pernambuco, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 12-14, nov Pereira, V. A. S.; Camargo, P. O. Estimativa e análise de índices de irregularidades da ionosfera utilizando dados GNSS de redes ativas. Boletim de Ciências Geodésicas, v. 19, n. 13, p , jul./set 2013.