Análise da cintilação ionosférica no Brasil empregando GNSS e técnicas de mineração e visualização de dados

Abstract

Ionospheric scintillations are rapid variations on amplitude and/or phase of a radio signal as it passes through irregularities on electron density on the ionosphere. This phenomenum decrease the accuracy of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) once can lead to, among other aspects, that receiver lose the lock of one or more satellites during signal tracking. The occurence and intensity of ionospheric scintillations change according to several factors like solar activity, epoch in the year, geographic location and local time. During high solar activity the e ects are more intense mainly at equatorial regions like Brazil. GNSS monitoring stations were deployed on Brazilian territory since February 2011 through projects of cooperation of several institutions of Europe and Brazil, among is inserted the Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Estadual Paulista J ulio de Mesquita Filho (UNESP). Receivers installed at these stations provide scintillation indexes and signal metrics for each satellite tracked, so called Ionospheric Scintillation Monitor Receivers (ISMR). With the monitoring infrastructure, more than ten million monitoring observations are obtained daily. Extract relevant information in this big amount of data can be a hard process. In this context, this research investigated the usage of data mining and data visualization techniques in order to extend the possibilities of analyzing the scintillations in Brazil and its e ects on GNSS positioning.

Cintilações ionosféricas são rápidas variações na amplitude e/ou fase de um sinal de rádio ao se propagar por irregularidades na densidade de elétrons na ionosfera. Este fenômeno prejudica a acurácia dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite Systems - GNSS), já que podem acarretar, dentre outros aspectos, que o receptor perca a sintonia com um ou mais satélites durante o rastreio do sinal. A ocorrência e a intensidade de cintilações ionosféricas variam de acordo com vários fatores, tais como a atividade solar, época do ano, região no globo terrestre e horário local. Em períodos de máxima atividade solar, os efeitos da cintilação ionosférica são ainda mais intensos, principalmente em regiões equatoriais como o Brasil. Estações GNSS de monitoramento contínuo da ionosfera foram instaladas no território brasileiro desde fevereiro de 2011 através de projetos que contam com a cooperação de diversas instituições da Europa e do Brasil, dentre as quais está inserida a Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP). Estas Estações contam com receptores capazes de fornecer Índices de cintilação ionosférica e métricas sobre os sinais recebidos, os quais são denominados Ionospheric Scintillation Monitor Receivers (ISMR). Com a infraestrutura de monitoramento disponível, mais de dez milhões de observações de monitoramento são obtidas diariamente. Extrair informações relevantes em meio a esta grande quantidade de dados pode-se tornar um processo árduo. Neste contexto, nesta pesquisa foi investigado o uso de técnicas de mineração e visualização de dados visando estender as possibilidades de análise do comportamento da cintilação ionosférica no Brasil, além de seus efeitos no posicionamento GNSS...