Investigação da relação entre os índices de multicaminho dos sinais GNSS e os efeitos ionosféricos

Autores

¹Jerez, G.; ²Pereira, V.; ³Alves, D.

¹UNESP Email: gabrielojerez@gmail.com
²UNESP Email: vi_stuani@hotmail.com
³UNESP Email: danibarroca@fct.unesp.br

Resumo

O posicionamento GNSS (Global Navigation Satellite System) é atualmente empregado nas mais diversas áreas, tanto científicas quanto comerciais. O sinal transmitido pelo satélite pode sofrer diversas influências na trajetória até o receptor, desde erros relacionados à região de interesse e à propagação do sinal até os relacionados ao satélite e ao receptor. A atmosfera tem grande influência no sinal propagado, sendo a ionosfera uma das principais fontes de degradação e erro. A ionosfera tem efeitos proporcionais ao Conteúdo Total de Elétrons (TEC - Total Electron Content), que consiste no número de elétrons presentes na atmosfera. Esses valores variam no tempo e no espaço tendo relação, por exemplo, com o fluxo de ionização solar, atividade geomagnética, estação do ano, ciclos de manchas solares e localização no globo. Além disso, a ionosfera possui ainda irregularidades, como as bolhas ionosféricas, que também podem afetar o sinal GNSS. As irregularidades na densidade de elétrons podem causar mudanças na fase e na amplitude do sinal de rádio recebido, ocasionando muitas vezes a degradação ou até mesmo a perda do sinal. Esse efeito recebe o nome de cintilação ionosférica e tem comportamento específico e regional. Seus efeitos têm relação com a atividade geomagnética, estação do ano, localização no globo e ciclos solares, assim como ocorre com o TEC. As regiões com maior ocorrência de cintilação são as dos picos da Anomalia de Ionização Equatorial (AIE), próximo às latitudes geomagnéticas de ±15º. As cintilações em altas latitudes são mais fracas que as observadas em regiões da AIE, onde a ocorrência de cintilação está relacionada às irregularidades do plasma ionosférico. Outro efeito relacionado à propagação de erros e que tem influência direta na precisão final do posicionamento é o multicaminho. O multicaminho ocorre quando o sinal chega ao receptor por dois caminhos, um direto e outro indireto. O caminho indireto é decorrente da reflexão do sinal em superfícies vizinhas ao receptor, ou mesmo de reflexões no próprio satélite, o que pode causar distorções nas observáveis coletadas pelo receptor. Uma forma de amenizar o efeito do multicaminho é uso de antenas do tipo choke ring, o que não garante a eliminação por completo do efeito. Em geral, o mais recomendado ainda é que se evite a ocorrência do mesmo. Para verificar o nível de multicaminho em uma estação podem ser utilizadas as combinações lineares MP1 e MP2, que correspondem aos índices nas portadoras L1 e L2, respectivamente. Porém, como para o cálculo dos índices é considerada a observável fase da onda portadora, interferências na mesma e perdas de ciclo têm influência direta nos valores obtidos. Com isso, períodos de alta atividade ionosférica, que interferem no sinal transmitido, também podem interferir na determinação dos índices de multicaminho. Neste sentido, o presente trabalho buscou avaliar a influência da atividade ionosférica na determinação dos índices de multicaminho, por meio da comparação dos índices MP1 e MP2 com índices de irregularidade e de cintilação ionosférica. Para isso foram utilizados dados de duas estações situadas em regiões com diferentes intensidades de atividades ionosféricas, PPTE em Presidente Prudente - SP, região afetada pelo efeito fonte, e POAL em Porto Alegre - RS, com menor influência ionosférica. Foram considerados períodos abrangendo variações das estações do ano e também em relação aos ciclos solares, levando em conta o pico do último ciclo que aconteceu entre 2013 e 2014. Para isso foram analisados três anos de dados, no período de 2014 a 2016. Nos resultados obtidos ficou evidente a maior variabilidade nos provenientes da estação PPTE. O ano de 2014 foi o que apresentou maior instabilidade dos índices MP1 e MP2, principalmente para valores obtidos de outubro a março, em ambas as regiões. Além disso, os resultados se mostraram mais estáveis à medida que se distanciaram do ano de 2014, sendo que os valores mais regulares foram correspondentes ao ano de 2016. Os índices de irregularidade apresentaram comportamento similar nos períodos correspondentes.

Keywords

Posicionamento GNSS; Multicaminho; Ionosfera

ARTIGO COMPLETO