Análise multiescala de séries temporais do efeito da cintilação ionosférica nos sinais de satélite GPS a partir de wavelets não decimadas

Abstract

O estudo da cintilação ionosférica, causada por flutuações na amplitude e na fase de um sinal eletromagnético quando este passa por irregularidades na densidade de elétrons da ionosfera, tem assumido um papel muito importante na pesquisa ionosférica e também no posicionamento por satélite. Isso se deve à crescente influência do GNSS na navegação e no sensoriamento remoto e também pelo fato da cintilação degradar severamente o desempenho desses sistemas. Ainda existem muitas lacunas a serem preenchidas para que possa ser proposto algum método efetivo para correção dos efeitos causados nos sinais GNSS ou mesmo previsão da cintilação, principalmente para a região equatorial, em que está situado o Brasil. Portanto, nessa dissertação objetiva-se investigar a cintilação sob uma perspectiva multiescala, abordando para tanto, a análise multirresolução a partir de wavelets não decimadas. Como consequência, os resultados desta investigação das séries temporais obtidas dos índices S4 de cintilação mostram a presença de um padrão que se repete na série em dias consecutivos em que há presença de dados. Tal comportamento periódico, que apresenta formato de U mostra estar relacionado com o efeito do multicaminho e pode influenciar na análise do índice S4 de cintilação ionosférica, fazendo-se necessário eliminá-lo. Através da decomposição em multiescala do período com baixos índices de cintilação é possível estimar o efeito do multicaminho, cuja repetibilidade é evidenciada nas escalas mais suaves. Uma vez estimado, esse efeito pode ser removido da série dos índices S4 no período de forte cintilação...

The study of the ionospheric scintillation, which is caused by fluctuations in the amplitude and phase of an electromagnetic signal when it passes through irregularities in the density of electrons in the ionosphere, has become very important in ionospheric research and also in satellite positioning. This is due to the increasing influence of GNSS navigation and remote sensing, and also because the scintillation severely degrade the performance of these systems. There are still many gaps to be fulfilled before the propositon of some effective method for correcting of the effects of the scintillation on GNSS signals or even its prediction, especially for equatorial region, which includes Brazil. This dissertation aims to investigate the ionospheric scintillation under a multiscale aspects using a multiresolution analysis from non-decimated wavelets. The investigation of the time series obtained of the S4 scintillation index showed the presence of a pattern that is repeated in the series on consecutive days in which there are data. This periodic behavior, which has U format and can be related to the effect of the multipath, influences the analysis of S4 ionospheric scintillation index, and should be eliminated. Through multiscale decomposition of the period with low scintillation index it is possible to estimate the multipath effect, which is evident in the smoother scales. Once identified and estimated, this effect can be removed from the S4 index series in the strong scintillation period...