REDES GNSS ATIVAS COMO SISTEMA DE MONITORAMENTO DA CAMADA IONOSFÉRICA

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1 REDES GNSS ATIVAS COMO SISTEMA DE MONITORAMENTO DA CAMADA IONOSFÉRICA Vinícius Amadeu Stuani Pereira 1 Ana Lúcia Cristovam de Souza Paulo de Oliveira Camargo 3 Universidade Estadual Paulista UNESP Faculdade de Ciências e Tecnologia FCT 1, Programa de Pós-Graduação em Ciências Cartográficas Departamento de Cartografia 3 Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica Rua Roberto Simonsen, 305, CEP , Presidente Prudente/SP vi_stuani@hotmail.com; a.lucia4@hotmail.com; paulo@fct.unesp.br RESUMO A ionosfera é uma das maiores fontes de erros sistemáticos no posicionamento pelo GNSS (Global Navigation Satellite System), devido às observáveis serem afetadas por diversas condições ionosféricas decorrentes de alterações do clima espacial. Desta forma, investigações relacionadas como a camada ionizada da atmosfera terrestre são de extrema importância. Nos últimos anos o clima espacial tem despertado grande interesse nacional e internacional. O advento de várias missões com objetivo de estudar o Sol por sensoriamento remoto, como a missão SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) e a STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory), despertou o interesse em compreender a influência do Sol e o seu impacto nas geotecnologias. No âmbito nacional, o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Nacionais), um dos principais órgãos no estudo de fenômenos espaciais, é responsável pelo programa EMBRACE (Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial), cuja missão é o monitoramento, modelagem e difusão da informação do clima espacial. Desenvolver novos algoritmos e aprimorar os já existentes, com o intuito de minimizar os efeitos da ionosfera, principalmente nas técnicas GNSS de alta acurácia, consiste em uma das principais vertentes da Geodésia Espacial atualmente, devido ao aumento das atividades solares em Assim, o trabalho visa à utilização dos dados GNSS provenientes das estações das redes GNSS-SP, CALIBRA (Countering GNSS high Accuracy applications Limitations due to Ionospheric disturbances in BRAzil) e RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS) na estimativa de índices de irregularidades da ionosfera e índices de cintilação, transformando assim estações monitoras dos sinais GNSS em estações monitoras da camada ionosférica. Esse adensamento de estações permitirá um maior conjunto de dados e um aumento na resolução espacial, possibilitando assim uma melhor compreensão dos fenômenos ionosféricos. Palavras chaves: Irregularidades Ionosféricas, Cintilação Ionosférica, Redes Ativas, GNSS. ABSTRACT The ionosphere is a major source of systematic errors in positioning by GNSS (Global Navigation Satellite System), due to the observables be affected by various ionospheric conditions resulting from changes in space weather. Thus, investigations related to the ionized layer of the Earth's atmosphere are paramount. In recent years the space weather has attracted great national and international interest. The advent of several missions to study the Sun from remote sensing, such as SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) and STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory), increased interest in understanding the influence of the Sun and its impact on geotechnology. Nationally, INPE (National Institute of National Researches), one of the major organs in the study of spatial phenomena, is responsible for the EMBRACE program (Study and Monitoring of the Brazilian Space Weather), whose mission is the monitoring, modeling and information dissemination of the space weather. Develop new algorithms and enhance existing ones, in order to minimize the effects of the ionosphere, especially in high-accuracy GNSS techniques, is one of the main goals of Space Geodesy currently, due to increase in the solar activities in Thus, this work aims at the use of GNSS data from GNSS-SP, CALIBRA (Countering High Accuracy GNSS Applications Limitations due to Ionospheric Disturbances in Brazil), and RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS Systems) networks in the estimating of indices of ionospheric irregularities and scintillation indices, thereby transforming monitor stations of 1

2 GNSS signals in monitoring stations of ionospheric layer. This densification of stations will allow a larger set of data and an increase in spatial resolution, thus enabling a better understanding of ionospheric phenomena. Keywords: Ionospheric Irregularities, Ionospheric Scintillation, Active Networks, GNSS. 1. IONOSFERA Considerada a maior fonte de erro sistemático no posicionamento pelo GNSS (Global Navigation Satellite System) após a desativação da técnica SA (Selective Availability), a ionosfera é a parte ionizada da atmosfera terrestre, situada numa faixa a partir de, aproximadamente, 50 km de altitude até km acima da superfície da Terra, sendo formada por partículas livres carregadas, ou seja, íons e elétrons (CAMARGO, 1999; LIN, 1997). Essas partículas são resultantes da ação da radiação solar, devido à absorção dos raios no extremo ultravioleta (EUV) e raios-x pelas partículas neutras, em um processo denominado de fotoionização. Devido às propriedades de propagação dispersiva da ionosfera para os sinais de rádio, a magnitude do efeito da camada depende da frequência do sinal (HEISE et al., 003). Portanto, no momento em que as ondas de rádio da banda L, utilizada pelos sinais GNSS, viajam através da ionosfera, as mesmas estão sujeitas a um atraso no tempo de propagação e mudanças na fase, amplitude e polarização. O principal parâmetro que descreve o efeito da ionosfera nos sinais GNSS é o Conteúdo Total de Elétrons (TEC Total Electron Content), que representa o número de elétrons contidos em uma coluna que se estende desde o receptor (r) até o satélite (s), e cuja área da base é unitária (1m²) (MATSUOKA; CAMARGO, 004). O TEC é dado em elétrons/m², entretanto, devido os valores apresentarem uma ordem de grandeza elevada, adota-se como unidade o TECU (TEC Unit), sendo 1 TECU equivalente a 1x10 16 elétrons/m². O conteúdo total de elétrons pode ser obtido utilizando as pseudodistâncias advindas dos códigos nas s s portadoras L1 e L ( PD 1, PD ), a partir da seguinte combinação linear (MATSUOKA; CAMARGO, 004): r r TEC s r f 1 f s s PD r PD f 1r e PD 40,3 f 1, (1) 1 onde f 1 e f são as frequências das portadoras L1 e L, respectivamente, e epd 1 os erros sistemáticos não eliminados na combinação linear e erros aleatórios. A estimativa do TEC também pode ser obtida a partir da combinação linear entre as medidas de fase das s s portadoras L1 e L ( Φ, ) (MATSUOKA; CAMARGO, 004): 1r Φr TEC s r f 1 f s s s s λ Φ r λ1φ 1r λ1n 1r λ N f r eφ 40,3 f 1, () 1 s sendo λ 1 e λ, N e N, respectivamente, os comprimentos de onda e ambiguidades das portadoras L1 e L, e s 1r r e Φ 1 os erros sistemáticos não eliminados na combinação linear e erros aleatórios. De acordo com Skone (1998), os valores de TEC calculados por meio da pseudodistância são aproximadamente 10 vezes ou mais ruidosos do que os obtidos através da fase da onda portadora. Isso se deve a magnitude da precisão da pseudodistância ser da ordem métrica, ao contrário da fase que é da ordem centimétrica a milimétrica (HOFMANN-WELLENHOF et al., 008). O estado da camada ionosférica é influenciado por diversas variáveis, tais como: variações temporais, variações da radiação solar, campo geomagnético, influência da localização geográfica, dentre outras (MATSUOKA, 007; LEICK, 1995). A alteração da densidade de elétrons relacionada com as variações temporais, que correspondem às variações diurnas, sazonais e ciclos de longos períodos (SEEBER, 003; CAMARGO, 1999). As variações diurnas ocorrem, simplesmente, devido à iluminação do Sol, ou seja, a radiação solar. No decorrer do dia a densidade de elétrons depende da hora local, atingindo um valor máximo entre as 1 e 16 horas local (WEBSTER, 1993). Um segundo valor máximo da densidade eletrônica ocorre na região de baixas latitudes entre 1 e horas local, após o ocaso do Sol, sendo esse valor maior do que o pico que ocorre no período da tarde. Com relação às variações sazonais, a densidade de elétrons varia durante os meses do ano em uma determinada região, devido ao ângulo zenital do Sol possuir uma variação sazonal (McNAMARA, 1991). Os menores valores de densidade de elétrons ocorrem, aproximadamente, nos meses de solstícios de verão e inverno, e os maiores valores nos meses de março, abril, setembro e outubro (equinócios de outono e primavera). Já as variações de ciclos de longos períodos correspondem a ciclos de aproximadamente 11 anos e estão relacionadas à ocorrência de manchas solares; o aumento da ionização da camada é proporcional ao número de

3 manchas. Atualmente o Sol encontra-se no ápice do ciclo 4 (Figura 1). Fig. 1 Número de manchas solares do final do ciclo 3 e início do ciclo 4. Fonte: < Acesso em: jun A variabilidade da quantidade de radiação eletromagnética emitida pelo Sol provoca um efeito no nível de ionização da atmosfera terrestre, com períodos que vão de alguns minutos a algumas semanas (WEBSTER, 1993). As variações da radiação solar estão associadas a três tipos de fenômenos: explosões solares, buracos na coroa e manchas solares. Como exemplos de estudos brasileiros sobre o impacto de explosões solares no posicionamento pelo GNSS podem-se citar: Matsuoka et al. (006) e Ruviaro et al. (013). O campo geomagnético terrestre também é responsável por exercer uma grande influência na variação da densidade de elétrons. O mesmo controla o deslocamento das partículas ionizadas na ionosfera. Portanto, qualquer perturbação no campo geomagnético resulta em modificações nas condições de transporte do meio ionizado. As variações mais comuns percebidas são aquelas produzidas pelas correntes elétricas que fluem na parte inferior da ionosfera. Podem ocorrer também variações bruscas e intensas, provocadas pelas tempestades solares (KIRCHHOFF, 1991). O impacto de tempestades geomagnéticas no posicionamento pelo GNSS no Brasil pode ser verificado, por exemplo, em Matsuoka et al. (013), Salomoni et al. (011) e Matsuoka et al. (008). Com relação às regiões geográficas ionosféricas, elas são conhecidas como: regiões de altas latitudes, regiões de médias latitudes e região equatorial (FONSECA JÚNIOR, 00). A Figura apresenta a localização geográfica dessas regiões no globo terrestre. Fig. Regiões geográficas da ionosfera. Fonte: Adaptado de Fonseca Júnior (00). A ionosfera sobre os pólos norte e sul, denominadas de ionosfera polar ou de altas latitudes, é extremamente instável (McNAMARA, 1991). A região equatorial é caracterizada por um alto nível de densidade de elétrons, e vários fenômenos ocorrem nessa região. Já as regiões de latitudes médias são consideradas relativamente livres das anomalias ionosféricas (WEBSTER, 1993). Além do efeito do avanço da fase e atraso do código (LEICK, 1995), a ionosfera pode causar um efeito denominado cintilação ionosférica. Cintilações são flutuações da amplitude ou fase de uma onda de rádio, resultado da sua propagação através de uma região na qual existem irregularidades na densidade de elétrons, e, consequentemente, do índice de refração. A cintilação causa um enfraquecimento no sinal recebido pelos receptores GNSS, fazendo com que ocorra em muitos casos a perda do sinal (WEBSTER, 1993). Períodos de cintilação estão associados com a 3

4 existência de regiões de irregularidades de pequena escala na densidade de elétrons na camada ionosférica. Normalmente essas irregularidades estão localizadas entre 00 e 600 km de altitude (DAVIES, 1990). De acordo com Aarons (198) e Basu et al. (1988) apud Rodrigues (003), existem três regiões principais de ocorrência das cintilações, como ilustrado na Figura 3. Fig. 3 Morfologia global das cintilações em sinais da banda L durante anos de atividade solar máxima (a) mínima (b). Fonte: Basu et al. (1988) apud Rodrigues (003). A primeira região é a região equatorial no período após o pôr do Sol. A segunda região compreende o lado noturno da região da oval auroral e o lado diurno do vértice polar. Por fim, a terceira região corresponde à região mais interna da calota polar, sendo possível observar cintilações a qualquer momento (RODRIGUES, 003). Nas regiões de latitudes médias os efeitos da cintilação são normalmente negligenciáveis. As regiões de maior intensidade das cintilações correspondem às regiões de pico (norte e sul) da anomalia equatorial, localizadas aproximadamente entre as latitudes geomagnéticas 15 N e 15 S. A geração das irregularidades equatoriais e a ocorrência de um máximo secundário de ionização durante o período após o ocaso solar se combinam de forma a resultar o máximo na atividade de cintilação nesta região (RODRIGUES, 003). As cintilações em altas latitudes são mais fracas que as cintilações observadas na anomalia equatorial. Na região equatorial, as cintilações são causadas por irregularidades do plasma ionosférico geradas por processo de instabilidade Rayleigh-Taylor (RODRIGUES, 003). Este processo se inicia após o pôr do Sol, com a diminuição da densidade do plasma nas regiões inferiores da ionosfera devido à recombinação dos elétrons; concomitantemente, há um movimento ascendente para as camadas superiores, como resultado de forças eletromagnéticas. Isto faz com que os gradientes em altura da densidade do plasma fiquem maiores, o que conduz a formação de irregularidades que aumentam de uma maneira instável (MATSUOKA, 007). Nas regiões de altas latitudes, a ocorrência da cintilação é devida às tempestades geomagnéticas (SKONE, 1998). Cintilações ionosféricas também podem ocorrer em regiões caracterizadas por depleções do plasma de larga escala, geralmente conhecidas como bolhas ionosféricas (MATSUOKA, 007). As bolhas se estendem ao longo das linhas de força do campo geomagnético, alcançando extensões de km e cerca de 150 a 300 km na direção perpendicular, estabelecendo-se na alta ionosfera (SANTOS, 001). Acontecem sempre após o pôr do Sol e principalmente no período até meia-noite. A Figura 4 apresenta um esquema da evolução temporal e espacial das bolhas ionosféricas. Fig. 4 Ilustração da evolução temporal e espacial das bolhas ionosféricas. Fonte: Soares (001) apud Matsuoka (007). No âmbito brasileiro, as bolhas ionosféricas ocorrem com maior frequência entre os meses de outubro a março e variam de características de acordo com o ciclo de atividade solar. 4

5 . ÍNDICES DE IRREGULARIDADES E DE CINTILAÇÃO DA IONOSFERA Os índices de irregularidades da ionosfera possuem a função principal de classificar o comportamento da mesma, de acordo com um padrão estabelecido, enquanto que os índices de cintilação dos sinais GNSS têm como objetivo quantificar a cintilação ionosférica. As estimativas dos índices de irregularidades (f P, F P, I ROT e ROTI) se baseiam na taxa de variação do TEC (ROT Rate of Change of TEC). O ROT é calculado através da diferença entre os TEC s obtidos consecutivamente entre duas épocas, dividido pelo intervalo de tempo entre suas determinações: TECt TEC t1 ΔTEC ROT. (3) t t Δt O índice f P (phase fluctuation) é o valor da mediana dos ROT s para um período de 15 minutos, sendo os ROT s estimados a cada minuto. O índice é calculado para cada satélite de uma determinada estação e é sempre maior ou igual a zero (equação (4)). O uso do valor da mediana efetivamente elimina os picos de ruídos. Assim, para diversos satélites/estações ele representa a resolução espacial das irregularidades (MENDILLO et al., 000): 1 n, hr, i Mediana ROT f P, (4) onde n é o número do satélite, hr é a hora (0 a 4 horas TU (Tempo Universal)) e i número da seção com duração de 15 minutos dentro de uma hora, ou seja, i = 1,, 3 ou 4. O índice F P é calculado para cada estação, a cada hora. Representa o valor médio de f P de todos os satélites observados em uma estação dentro de uma hora. Destina-se a retratar o nível geral de irregularidades presentes na vizinhança de uma determinada estação (MENDILLO et al., 000): F P hr nsat n k f n, hr, i/k i P 1000 nsat hr, (5) onde nsat é o número total de satélites observados dentro de uma hora e k é o número de valores f P disponíveis dentro de cada hora (k = 1,, 3 ou 4). A constante multiplicativa 1000 é usada para tornar F P um índice inteiro. Um valor F P 50 representa baixos níveis de irregularidades; 50 < F P 00 significa a presença de moderadas irregularidades, e quando F P > 00 representa a ocorrência de fortes níveis de irregularidades (MENDILLO et al., 000). Wanninger (1993) apresenta um índice para caracterizar cintilações da fase como diagnóstico de irregularidades ionosféricas, denominado I ROT. O índice, calculado para um período de 15 minutos, é baseado no RMS (Root Mean Square) dos ROT s: I ROT 10 RMS ROT. (6) Valores I ROT 0,5 representam baixos níveis de irregularidades; 0,5 < I ROT,0 significa a presença de irregularidades moderadas, e quando os índices são maiores que,0 representam a ocorrência de níveis de irregularidades muito forte (PEREIRA; CAMARGO, 013). Devido ao fato de que as flutuações em pequena escala não estavam sendo identificadas nos índices já existentes, Pi et al. (1997) sugerem que um índice para a taxa de variação do TEC poderia ser determinado com base no desvio-padrão do ROT, em um intervalo de 5 minutos. Denominado de ROTI, a equação (7) apresenta o cálculo do índice, onde < > representa a média: ROTI ROT ROT. (7) Um valor ROTI 0,05 representa baixos níveis de irregularidades; 0,05 < ROTI 0, significa a presença de irregularidades moderadas, e quando ROTI > 0, representa a ocorrência de fortes níveis de irregularidades (PEREIRA; CAMARGO, 013). As cintilações de amplitude podem ser quantificadas pelo índice S4, que consiste no desvio-padrão normalizado de observações livres de tendência da intensidade do sinal, as quais são amostradas em altas taxas num intervalo de 60 segundos (equação (8)) (VAN DIERENDONK et at., 1993): 5

6 S 4 I I, (8) I onde I é a intensidade do sinal. A intensidade do sinal é a potência do sinal recebido, que é medido num caminho em que seu valor não flutua com a potência do ruído (VAN DIERENDONK et al., 1993). S4 é um índice adimensional, e valores superiores a 0,6 indicam forte cintilação ionosférica, enquanto que um valor abaixo de 0,3 é pouco provável que tenha impacto nos sinais GNSS. O monitoramento da cintilação da fase dos sinais recebidos dos satélites GNSS é realizado pelo acompanhamento do desvio-padrão (σ Φ ), e são calculados geralmente a cada 60 segundos (VAN DIERENDONK et at., 1993): σ Φ ΔΦ ΔΦ. (9) Diferentemente do índice S4 (adimensional), o índice σ Φ é dado em radianos, podendo ser expresso também em graus ou metros. Tiwari et al. (011) apresenta a seguinte classificação: cintilação forte σ Φ 0,8, cintilação moderada 0,4 σ Φ 0,8 e cintilação fraca σ Φ 0,4. Índices derivados do σ Φ são encontrados na literatura, tais como o S Φ (FORTE, 007) e σ CHAIN (MUSHINI et al., 011), apresentados na equações (10) e (11), respectivamente: S Φ ΔΦ, (10) Δt σ CHAIN ΔΦ ΔΦ. (11) Δt 4. EXPERIMENTOS, RESULTADOS E ANÁLISES Utilizando o programa Ion_Index (PEREIRA; CAMARGO, 013) com uma máscara de elevação de 0, foram determinados os índices de irregularidades da ionosfera (f P, F P, I ROT e ROTI) e os índices de cintilação dos sinais GNSS (S4 e σ Φ ) para as estações disponíveis da rede GNSS-SP (Figura 5), CALIBRA (Figura 6) e RBMC (Figura 7) para dois períodos específicos: 01 de março de 014 (mês do equinócio de outono) e 0 de junho de 014 (mês do solstício de inverno), contemplando a variação sazonal da densidade de elétrons. Para fins de exemplificação, são apresentados índices de duas estações, POAL pertencente à rede CALIBRA e PPTE pertencente às redes GNSS-SP e RBMC. Fig. 5 Estações da Rede GNSS-SP. 6

7 Fig. 6 Estações da Rede CALIBRA. Fig. 7 Estações da RBMC. 7

8 4.1 Índices de Irregularidades e de Cintilação da Ionosfera para 01 de Março de 014 As Figuras 8 a 13 apresentam os resultados dos índices de irregularidades e de cintilação da ionosfera para a estação POAL e as Figuras 14 a 19 para a estação PPTE, para o dia 01 de março de 014, que corresponde ao dia do ano 60 de 014. Fig. 8 Índice f P, estação POAL, 01/03/014. Fig. 11 Índice ROTI, estação POAL, 01/03/014. Fig. 9 Índice F P, estação POAL, 01/03/014. Fig. 1 Índice S4, estação POAL, 01/03/014. Fig. 10 Índice I ROT, estação POAL, 01/03/014. Fig. 13 Índice σ Φ, estação POAL, 01/03/014. 8

9 Fig. 14 Índice f P, estação PPTE, 01/03/014. Fig. 17 Índice ROTI, estação PPTE, 01/03/014. Fig. 15 Índice F P, estação PPTE, 01/03/014. Fig. 18 Índice S4, estação PPTE, 01/03/014. Fig. 16 Índice I ROT, estação PPTE, 01/03/014. Fig. 19 Índice σ Φ, estação PPTE, 01/03/014. 9

10 4. Índices de Irregularidades e de Cintilação da Ionosfera para 0 de Junho de 014 Já As Figuras 0 a 5 apresentam os índices de irregularidades e de cintilação para a estação POAL e as Figuras 6 a 31 para a estação PPTE, para o dia 0 de junho de 014, que corresponde ao dia do ano 171 de 014. Fig. 0 Índice f P, estação POAL, 0/06/014. Fig. 3 Índice ROTI, estação POAL, 0/06/014. Fig. 1 Índice F P, estação POAL, 0/06/014. Fig. 4 Índice S4, estação POAL, 0/06/014. Fig. Índice I ROT, estação POAL, 0/06/014. Fig. 5 Índice σ Φ, estação POAL, 0/06/

11 Fig. 6 Índice f P, estação PPTE, 0/06/014. Fig. 9 Índice ROTI, estação PPTE, 0/06/014. Fig. 7 Índice F P, estação PPTE, 0/06/014. Fig. 30 Índice S4, estação PPTE, 0/06/014. Fig. 8 Índice I ROT, estação PPTE, 0/06/014. Fig. 31 Índice σ Φ, estação PPTE, 0/06/ Análises dos Índices Observando os índices de irregularidades da estação POAL para o dia 01 de março de 014 (Figuras 8 a 11), verifica-se o comportamento de fraco a levemente moderado da ionosfera para a região sul do Brasil, em comparação com os índices da estação PPTE (Figuras 14 a 17), que apresentaram valores moderados durante quase todo o dia, com a ocorrência de um pico de irregularidades ionosféricas entre 0 e 4 horas TU. O comportamento da ionosfera para essas duas regiões deve-se aos efeitos da Anomalia Equatorial, devido a estação PPTE estar localizada próxima ao pico sul da Anomalia (na região equatorial da ionosfera) e a estação POAL fora da área de abrangência da mesma (região de latitudes médias). Ressalta-se também que o período em questão, 01 de março de 014, é caracterizado por um aumento da atividade da ionosfera devido à variação sazonal, bem como a alta atividade solar decorrente do ápice do ciclo 4. Os índices das demais estações das redes apresentaram o mesmo comportamento apresentado por essas duas estações, 11

12 salvo as devidas localizações geográficas. Comparando os índices F P, I ROT e ROTI, verifica-se que o I ROT e ROTI representam/detalham melhor as irregularidades da ionosfera do que o índice F P, devido ao fato de ambos serem obtidos a partir de períodos de dados menores do que o índice F P (para o índice I ROT o período é de 15 minutos e para o ROTI é de 5 minutos, ao passo que para o F P é de 1 hora). Portanto, pode-se verificar que os índices I ROT e ROTI identificam as flutuações em pequena escala, ao contrário do índice F P que retrata um nível geral de irregularidades. Em relação aos índices de cintilação (S4 e σ Φ ), ressalta-se que para a estimativa dos mesmos não foi realizado o destendencionamento das observações da fase da onda portadora, bem como a amostragem dos dados (0,067 Hz) é inferior à utilizada pelos receptores dedicados ao monitoramento da ionosfera (50 Hz). Os valores dos índices apresentados pelas Figuras 1, 13, 18 e 19 indicam a ocorrência de moderadas cintilações para a estação POAL e fortes cintilações para PPTE, principalmente para os horários de 0 a 4 horas TU e 3 a 4 horas TU, corroborado com as irregularidades do plasma ionosférico identificadas pelos índices f P, F P, I ROT e ROTI. Para o período de baixa densidade de elétrons (0 de junho de 014), tanto para a estação PPTE quanto para POAL, os índices de irregularidades da ionosfera e os índices de cintilação dos sinais apresentaram valores mínimos, não ultrapassando os limiares de baixa atividade ionosférica, comportamento esse esperado para o período em questão. A única exceção se deve ao índice σ Φ da estação PPTE (Figura 31), cujos valores não condizem com os demais índices apresentados. Algum erro de natureza desconhecida deve ter ocorrido no processo de estimação. 4.4 Mapas de Geovisualização do Índice F P Com o objetivo de visualizar o comportamento temporal das irregularidades ionosféricas, a Figura 3 apresenta os mapas do índice F P para o período de alta densidade eletrônica (01 de março de 014). Para geração dos mapas foram utilizadas todas as estações das redes CALIBRA, GNSS-SP e RBMC. 1

13 Fig. 3 Mapas de geovisualização do índice F P para o dia 1 de março de 014. Nos mapas observa-se a variação geográfica das irregularidades ionosféricas ao longo dia, destacando o deslocamento da Anomalia Equatorial ao longo do Equador magnético. 13

14 5. CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES Com os dados GNSS coletados por receptores comerciais de dupla frequência pode-se estimar índices que classificam o comportamento da ionosfera, bem como a geração de mapas de visualização temporal, não sendo necessária a utilização de receptores exclusivos ao monitoramento da camada. Para o Brasil, um dos países mais afetados pelos distúrbios ionosféricos, isso é de grande valia, devido ao reduzido número dessas estações especializadas no monitoramento da ionosfera, bem como de aparelhos de ionossondas e imageadores all-sky. Com a metodologia apresentada, a RBMC e GNSS-SP, amplamente utilizadas para fins de posicionamento, são transformadas em sistemas de monitoramento da camada ionosférica, disponibilizando um maior conjunto de informações a respeito da ionosfera brasileira, que servem para alimentação de modelos de mitigação, bem como aumentando a resolução espacial. O programa Ion_Index, em desenvolvimento no projeto de mestrado, possibilitará a estimação dos índices tanto no modo pós-processado quanto em tempo real. AGRADECIMENTOS Os autores da pesquisa agradecem à FAPESP (processo n 013/ ) e a CAPES pelo apoio financeiro através de bolsa de mestrado, ao CNPq pelo Auxilio à Pesquisa (processo n /013-7) e Bolsa Produtividade em Pesquisa (processo n 30994/013-8), e ao projeto CALIBRA, Laboratório de Geodésia Espacial da FCT/UNESP e IBGE pelo fornecimento dos dados GNSS das estações da rede CALIBRA, GNSS-SP e RBMC. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CAMARGO, P. O. Modelo regional da ionosfera para uso em posicionamento com receptores de uma frequência p. Tese (Doutorado em Ciências Geodésicas) Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná, Curitiba. DAVIES, K. Ionospheric radio. London: Peter Peregrinus Ltd., p. FONSECA JUNIOR, E. S. O sistema GPS como ferramenta para avaliação da refração ionosférica no Brasil p. Tese (Doutorado) Departamento de Engenharia de Transportes, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. FORTE, B. On the relationship between the geometrical control of scintillation índices and the data detrending problems observed at high latitudes. Annals of Geophysics, v.50, n.6, p , 007. HEISE, S.; JAKOWSKI, N.; WEHRENPFENNIG, A.; REIGBER, C.; LÜHR, H. Initial results on ionosphere/plasmasphere souding based on GPS data obtained on board CHAMP Disponível em: < Acesso em: 3 jun HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; WASLE, E. GNSS Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. New York: Springer- Verlag Wien, p. KIRCHHOFF, V. W. J. H. Introdução à geofísica espacial. São Paulo: Nova Stella, Ed. USP/FAPESP, p. LEICK, A. GPS satellite surveying. nd ed. New York: John Wiley & Sons, p. LIN, L. S. A novel approach to improving the accuracy of real-time ionospheric delay estimation using GPS. Proceedings of The 10th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation - ION GPS-97, Kansas City, Sept , p , MATSUOKA, M. T.; CAMARGO, P. O. Cálculo do TEC usando dados de receptores GPS de dupla frequência para produção de mapa da ionosfera para região brasileira. Revista Brasileira de Cartografia, v.56, n.1, p.14-7, 004. MATSUOKA, M. T.; CAMARGO, P. O.; BATISTA, I. S. Impacto de explosões solares no comportamento da ionosfera e no posicionamento com GPS na região brasileira: estudo de caso para o dia 8 de outubro de 003. In: Boletim de Ciências Geodésicas, v.1, p ,

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