Desenvolvimento de sistemas para extração e análise de dados de cintilação ionosférica e do Conteúdo Eletrônico Total(CET)

Transcrição

1 Desenvolvimento de sistemas para extração e análise de dados de cintilação ionosférica e do Conteúdo Eletrônico Total(CET) Anderson Paulo S. Dutra - Bolsista PCI-DD Dr. Eurico Rodrigues de Paula - Orientador

2 Tópicos Objetivos Cintilação Ionosférica Características dos dados de cintilação Conteúdo Eletrônico Total CET Estações receptoras GNSS Metodologia Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica Resultados

3 Objetivos Utilizando dados de satélites GNSS estudar o comportamento da cintilação ionosférica e do Conteúdo Eletrônico Total(CET). Disponibilização na web dos dados dos Projetos LISN, RBMC e SCINTEC para pesquisas e aplicações. Estudo da performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica.

4 Cintilação Ionosférica O sinal do satélite GNSS ao atravessar a ionosfera durante a incidência de irregularidades do plasma ionosférico sofre cintilação da amplitude e da fase. A cintilação ionosférica pode causar a perda do sinal de GNSS, afetando os sistemas de telecomunicações e de posicionamento por GNSS

5 WBP (db) Cintilação Ionosférica v Ionosfera Tempo (s)

6 Características dos Dados de cintilação Frequência do sinal GNSS: 1,575 GHz (Banda L) Taxa de amostragem é 50 Hz (50 amostras por segundo) A cintilação que é representada pelo índice S4 o qual é calculado a cada 1 minuto (3000 amostras por minuto) Fórmula do S4: S² = < I² > - < I >² 4 <I>² onde I é a intensidade do sinal do GNSS

7 Conteúdo Eletrônico Total - CET O Conteúdo Eletrônico Total (CET) é o número de elétrons desde o receptor até o satélite por unidade de área. O CET causa um retardo no sinal do GNSS, com consequente perda da acurácia do posicionamento de sistemas que usam o GNSS. Para se estudar o CET utilizamos as redes LISN e RBMC/IBGE de receptores GNSS.

8 Estações receptoras GNSS Estamos trabalhando com 3 redes de receptores GNSS. São elas: LISN Low-Latitude Ionospheric Sensor Network em colaboração com o Boston College e com suporte do NSF(National Science Foundation) cintilação e CET SCINTEC cintilação em colaboração com Cornell University RBMC/IBGE - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo - CET

9 MAPA de estações GNSS da RBMC

10 Estações receptoras GNSS LISN - SCINTEC Estações GNSS no BRASIL: LISN - SCINTEC Equador Magnético Cintilação ionosférica (SCINTEC-CASCADE) Cintilação e velocidade zonal TEC and scintillation (LISN) LISN / NSF Alta Floresta-MT Belo Horizonte-MG Boa Vista-RR Brasília-DF Cuiabá-MT Dourados-MS Ilhéus-BA Imperatriz-MA Natal-RN Parintins-AM Petrolina-PE Porto Velho-RO Rio Branco-AC Santa Maria-RS São Luís-MA São José dos Campos-SP Santarém-PA Tefé-AM SCINTEC Belem-PA Belo Horizonte-MG Boa Vista-RR Brasilia-DF Cachoeira Paulista-SP Cuiabá-MT Manaus-AM Natal-RN Pato Branco-PR Presidente Prudente-SP Santa Maria-RS São João do Cariri-PB São José dos Campos-SP São Luís-MA Tefé-AM

11 Metodologia Recuperação e preparação dos dados GNSS, gravados em diversos meios de armazenamento, provenientes de estações espalhadas pelo país. Desenvolvimento de uma base de dados com informações gerais sobre cintilação ionosférica onde os dados são inseridos ao final do dia por um script. Desenvolvimento de scripts em Matlab, Java, Python e outras linguagens para tratamento, análise e processamento de dados. Disponibilidade dos dados para o desenvolvimento de trabalhos de pesquisa e de aplicação.

12 Campanha de comparação da performance de receptores GNSS durante cintilação Instalação e configuração de receptores GNSS Septentrio, Novatel, ASTRA, Stanford e Cornell. Foi realizado um estudo da performance destes receptores durante cintilação ionosférica. Foi analisado o índice S4 dos 3 novos receptores e comparados com o receptor da rede LISN(Novatel) e da rede Scintec(Cornell). O resultado mostrou uma boa concordância do S4 nos 5 receptores, o que pode ser visto no gráfico a seguir.

13 Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica

14 Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica (SEPTENTRIO, NOVATEL 4004B AND GPS STATION 6, ASTRA AND GEC-PLESSEY)

15 Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica (STANFORD U-Box)

16 Resultados

17 Site Scintec Mapa do índice de cintilação S4 a cada 1 minuto

18 Mapa do CET

19 Mapa de cintilação(s4) disponível no site do Clima Espacial

20 Mapa do CET disponível no site do Clima Espacial

21 Exemplos de efeito da cintilação em uma plataforma de petróleo da Petrobrás Trabalho num setor da Petrobras que faz inspeção do sistema de posicionamento dinâmico (DP) de sondas. Estas unidades utilizam informações do GPS/Glonass para cálculo e manter a posição fixa da unidade. Nesta madrugada tivemos problemas possivelmente de cintilação no sistema GPS/Glonass de uma unidade, resultando em parada das operações. Consegui o seu contato através da página Será se o senhor poderia me ajudar respondendo as seguintes perguntas? 1 - Ocorreu cintilação expressiva durante esta madrugada? 2 - Há algum local que eu possa consultar históricos maiores de erros no GPS? Muito obrigado, Eloísio Ferreira Neto

22 Exemplo de efeitos da cintilação na agricultura de precisão Boa tarde... moro no estado de Mato Grosso do Sul, trabalho numa usina de fabricação de álcool. Trabalhamos com equipamentos de piloto automático para direcionamento de tratores e colhedoras de cana, tenho uma dúvida em relação ao mapa de cintilação. Estou a 150 km (em linha reta) da cidade de Dourados (DOU) onde vocês possuem um sensor GPS instalado. É que a questão esta afetando muito meu trabalho no campo com equipamentos de piloto automático de tratores (plantio de cana-de-açúcar), no momento em que acontece a cintilação como os sinais dos satélites ficam prejudicados os tratores dotados de piloto automático não obedecem suas rotas para o plantio, o que faz com que os operadores de tratores fiquem parados, causando um efeito dominó no restante do pessoal (caminhões transbordo que carregam mudas para os tratores, e as colhedoras de cana muda). Hoje estamos trabalhando em 2 turnos (A: 06:30 às 14:50 e B: 15:00 às 22:50) porém no inicio do ano que vem serão 3 turnos (A: 06:30 às 14:50, B: 15:00 às 22:50 e C: 23:00 às 06:20) o que quer dizer que serão praticamente 24 horas de operação. Grato; Aguiar Claudinei de Carvalho

23 Agradecimentos Agradeço ao Programa PCI/CNPq pelo apoio o que permitiu o desenvolvimento de diversos trabalhos cientificos e de aplicação e que muito contribuiu para meu aperfeiçoamento profissional. Muito Obrigado!