Redes GNSS de Monitoramento Cont´ınuo da Io nosfera

Esta Se¸c˜ao apresenta aspectos gerais sobre duas redes (ou servi¸cos) GNSS de monito- ramento da ionosfera mencionadas na literatura. Por fim, a Rede CIGALA/CALIBRA – cujos dados s˜ao utilizados neste projeto – tamb´em ´e apresentada.

3.6.1

Canadian GPS Network for Ionospheric Monitoring

(CANGIM)

A Rede CANGIM (Rede GPS Canadense para Monitoramento da Ionosfera) foi ope- rada pela Universidade de Calgary, tendo coletado informa¸c˜oes acerca de cintila¸c˜ao io- nosf´erica em regi˜oes de altas latitudes na d´ecada de 2000. As medidas foram utilizadas para a caracteriza¸c˜ao da cintila¸c˜ao nesta regi˜ao e para o desenvolvimento de modelos para avaliar a performance do posicionamento GPS sob condi¸c˜oes de cintila¸c˜ao. Os recepto- res coletavam os parˆametros de cintila¸c˜ao a uma taxa de 50 Hz; tamb´em eram mantidos ´ındices referentes ao TEC e dados brutos para processamento (SKONE et al., 2005). A

Figura 14 apresenta as esta¸c˜oes utilizadas da Rede CANGIM.

Nesta rede, foram utilizados receptores NoVAtel Modulated Precision Clock, os quais contaram com firmware espec´ıfico desenvolvido pela GPS Silicon Valey (GSV). Com amos- tras obtidas a taxas de 50 Hz, tais receptores disponibilizavam ´ındices de cintila¸c˜ao de amplitude e de fase, al´em de taxas de varia¸c˜ao de TEC e TEC absoluto. Os dados eram enviados para um central de processamento atrav´es da Internet em certos intervalos de tempo (SKONE; HOYLE, 2005).

Devido a grande quantidade de dados armazenada, pesquisadores de outros institutos colaboraram para an´alise dos dados; estudos foram realizados sob diversas perspectivas, como a an´alise dos efeitos sob a performance de rastreio do receptor e a corre¸c˜ao dos fenˆomenos de cintila¸c˜ao com ´ındices solares (SKONE; HOYLE, 2005). Segundo Skone et al. (2005), as observa¸c˜oes do CANGIM indicaram a predominˆancia de cintila¸c˜oes de fase na regi˜ao de abrangˆencia das esta¸c˜oes; as cintila¸c˜oes de amplitude n˜ao foram t˜ao significativas.

Figura 14: Esta¸c˜oes da Rede CANGIM. Fonte: Skone et al. (2005).

3.6.2

Projeto SCINTEC

O Projeto SCINTEC tem a finalidade de mapear e monitorar a cintila¸c˜ao ionosf´erica e o TEC sobre o territ´orio brasileiro. Al´em do monitoramento, o projeto teve como objetivos o emprego de t´ecnicas de minera¸c˜ao de dados e de inteligˆencia artificial para predi¸c˜ao de cintila¸c˜ao ionosf´erica. As informa¸c˜oes sobre este projeto podem ser encontradas no portal, dispon´ıvel em <http://www.inpe.br/scintec> (Acesso em: 10 jul. 2013).

O projeto propiciou a disponibiliza¸c˜ao de mapas de cintila¸c˜ao sobre o territ´orio bra- sileiro em tempo real. A rede utilizou receptores GPS CASCADE (placa GEC-Plessey), desenvolvida pela Universidade de Cornell (EUA); bancos de dados relacionais foram uti- lizados para a realiza¸c˜ao de consultas atrav´es da linguagem SQL. A Figura 15 apresenta um exemplo de mapa produzido pelo projeto.

Figura 15: Exemplo de mapa disponibilizado pelo Projeto SCINTEC. Fonte: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) (2009).

3.6.3

Rede CIGALA/CALIBRA

Outro exemplo de Rede GNSS de Monitoramento da Ionosfera ´e a Rede CIGALA/- CALIBRA – a qual est´a em opera¸c˜ao desde 2011 e cujos dados foram utilizados neste Projeto. Tal rede foi constitu´ıda atrav´es dos Projetos CIGALA e CALIBRA.

O Projeto CIGALA – cujo nome ´e derivado de Concept for Ionospheric Scintillation Mitigation for Professional GNSS in Latin America – foi conclu´ıdo em fevereiro de 2012, e teve a dura¸c˜ao de dois anos. Tal Projeto visou desenvolver e testar abordagens para mitiga¸c˜ao da cintila¸c˜ao ionosf´erica para serem implementadas em receptores GNSS. Foi formada uma equipe com diversas institui¸c˜oes da Europa e do Brasil, dentre as quais esteve inserida a FCT UNESP e a fabricante de receptores Septentrio. No contexto do Projeto CIGALA, teve in´ıcio a implanta¸c˜ao da Rede de Monitoramento, cujas primeiras esta¸c˜oes foram estabelecidas em Mar¸co de 2011 em Presidente Prudente/SP, nas dependˆencias da FCT UNESP.

Assim como o Projeto CIGALA, o Projeto CALIBRA – cujo nome ´e derivado de Countering GNSS high Accuracy applications Limitations due to Ionospheric disturbances in BRAzil – envolve coopera¸c˜ao de diversas institui¸c˜oes da Europa e do Brasil, incluindo a FCT/UNESP. Tal Projeto teve in´ıcio em Novembro de 2012, e tem dura¸c˜ao prevista de dois anos. O Projeto CALIBRA tem por objetivos principais o desenvolvimento de novas

t´ecnicas para mitiga¸c˜ao dos efeitos da cintila¸c˜ao ionosf´erica. Dentre as suas atividades, est´a prevista a expans˜ao da Rede de Esta¸c˜oes implantada atrav´es do Projeto CIGALA, com a inclus˜ao de mais cinco esta¸c˜oes distribu´ıdas pelo territ´orio brasileiro. Desta forma, espera-se que se tenha um total de 13 esta¸c˜oes de monitoramento cont´ınuo.

Atrav´es destes dois projetos, est˜ao sendo implantadas esta¸c˜oes de monitoramento cont´ınuo distribu´ıdas pelo territ´orio brasileiro. Estas esta¸c˜oes contam com receptores Septentrio PolaRxS-PRO, os quais coletam dados com alta taxa (50 Hz) e calculam pa- rˆametros espec´ıficos da ionosfera a cada minuto. A Figura 16 apresenta a localidade das esta¸c˜oes dispon´ıveis em Janeiro/2014.

Figura 16: Esta¸c˜oes da Rede CIGALA/CALIBRA. Fonte: Universidade Estadual Paulista - Campus Presidente Prudente (2013).

Observa-se, no mapa, a presen¸ca de duas esta¸c˜oes nas cidades de Presidente Prudente (PRU1 e PRU2 – distam entre si aproximadamente 300 m) e em S˜ao Jos´e dos Campos (SJCU e SJCE – distam entre si aproximadamente 10 km). Com estas esta¸c˜oes, ´e poss´ıvel comparar os ´ındices de monitoramento observados, al´em de se realizar testes baseados em posicionamento relativo. As demais esta¸c˜oes est˜ao localizadas em Manaus/AM (MANA), Fortaleza/CE (FORT), Palmas/TO (PALM), Salvador/BA (UFBA), Inconfidentes/MG (INCO), Maca´e/RJ (MACA) e Porto Alegre/RS (POAL). As primeiras esta¸c˜oes foram

constitu´ıdas em Fevereiro de 2011 em Presidente Prudente.

Ressalta-se que, al´em das esta¸c˜oes permanentes, alguns experimentos foram realizados ao longo dos Projetos, os quais constitu´ıram esta¸c˜oes de curta dura¸c˜ao. Um exemplo foi apresentado na Figura 20 – Subse¸c˜ao 4.0.3. Tamb´em houve necessidade de se adotar novos monumentos para algumas das esta¸c˜oes, as quais foram consequentemente renomeadas ao longo dos Projetos: a esta¸c˜ao MACA foi substitu´ıda por MAC2 em mar¸co de 2012, e a esta¸c˜ao MANA foi substitu´ıda por MAN2 em mar¸co de 2013.

Os dados recebidos pelas esta¸c˜oes de monitoramento s˜ao armazenados em cada esta¸c˜ao e transmitidos a um reposit´orio, localizado na FCT/UNESP. A cada hora s˜ao gerados dois arquivos: um arquivo com dados brutos em formato SBF (Septentrio Binary File) – formato propriet´ario contendo todas as informa¸c˜oes coletadas pelo receptor – e outro arquivo com a extens˜ao ISMR (Ionospheric Scintillation Monitor Receiver ). Os arquivos ISMR contˆem 62 vari´aveis com atributos espec´ıficos, dentre os quais est˜ao dispon´ıveis (SEPTENTRIO SATELLITE NAVIGATION, 2013):

• Identificadores de tempo, azimute e ˆangulo de eleva¸c˜ao dos sat´elites; • ´Indice S4 total (S4T) e S4 devido a ru´ıdos de ambiente (S4N);

• ´Indices Sigma-fi considerando-se intervalos de 1, 3, 10, 30 e 60 segundos; • M´edia e desvio-padr˜ao da divergˆencia entre c´odigo e fase;

• TEC derivados de observ´aveis de pseudodistˆancia e dTEC (varia¸c˜oes do TEC em intervalos de tempo de 15, 30, 45 e 60 segundos) derivados da observ´avel de fase; • Tempo de sincronismo do sat´elite pelo receptor.

Destaca-se que estes receptores n˜ao proveem o ´ındice S4 corrigido, o qual pode ser calculado atrav´es da Eq. 3.3.

Os valores das estat´ısticas s˜ao amostrados a cada minuto, podendo ser computado para cada frequˆencia dispon´ıvel no sat´elite. O diagrama apresentado na Figura 17 facilita a percep¸c˜ao da quantidade de informa¸c˜oes transmitidas atrav´es dos arquivos ISMR a cada dia. O mesmo representa o fluxo di´ario de dados baseado na quantidade atual de esta¸c˜oes permanentes.

Figura 17: Fluxo di´ario atual das esta¸c˜oes da Rede CIGALA/CALIBRA.