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
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
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.
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
WBP (db) Cintilação Ionosférica v Ionosfera 42 40 38 36 34 3100 3120 3140 3160 3180 3200 3220 3240 3260 3280 3300 Tempo (s)
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
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.
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
MAPA de estações GNSS da RBMC
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
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.
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.
Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica
Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica (SEPTENTRIO, NOVATEL 4004B AND GPS STATION 6, ASTRA AND GEC-PLESSEY)
Performance de receptores GNSS durante cintilação ionosférica (STANFORD U-Box)
Resultados
Site Scintec Mapa do índice de cintilação S4 a cada 1 minuto
Mapa do CET
Mapa de cintilação(s4) disponível no site do Clima Espacial
Mapa do CET disponível no site do Clima Espacial
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 http://www.inpe.br/scintec/status?id=sjc 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
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
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!