Published October 25, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Ionospheric scintillation characteristics and their effects over GNSS signal and position and navigation systems in the Brazilian region

Creators

  • 1. National Institute for Space Research
  • 2. Instituto de Aeronáutica e Espaço
  • 3. Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Description

The ionosphere is an ionized layer extending from about 50 km to 1,000 km of altitude. When an electromagnetic signal cross this layer it suffers a delay in its group velocity and an advance in its phase velocity. The ionosphere is very dynamics and after the sunset its F region equatorial bottomside is lifted up by the intensified eastward electric field, giving origin to an steep plasma gradient. This configurates an unstable condition with higher density plasma standing over lower density one. This instability pushes rarified plasma upward giving origin to large regions named Equatorial Plasma Bubbles (EPB) that rise at equatorial regions and map to low latitudes along the magnetic field lines and can reach continental extension. Through cascating process small scale irregularities (cm to km) are generated inside the EPBs. Due to refractive effects amplitude and phase scintillations are generated in the signal crossing these irregularities. Trans-ionospheric signals used in telecommunication links and in the GNSS applications are severely affected during ionospheric scintillations. In this work we will present the ionospheric scintillation morphology over Brazilian longitudinal sector, its effects over positioning and navigation systems and the existing methodology to mitigate them.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الغلاف الأيوني هو طبقة مؤينة تمتد من حوالي 50 كم إلى 1000 كم من الارتفاع. عندما تعبر إشارة كهرومغناطيسية هذه الطبقة، فإنها تعاني من تأخير في سرعة مجموعتها وتقدم في سرعة طورها. الغلاف الأيوني ديناميكي للغاية وبعد غروب الشمس يتم رفع الجانب السفلي الاستوائي لمنطقة F بواسطة المجال الكهربائي المكثف شرقاً، مما يعطي المنشأ لتدرج البلازما الحاد. يؤدي هذا إلى تكوين حالة غير مستقرة مع بلازما عالية الكثافة تقف فوق الأخرى منخفضة الكثافة. يدفع عدم الاستقرار هذا البلازما النادرة إلى أعلى مما يعطي المنشأ لمناطق كبيرة تسمى فقاعات البلازما الاستوائية (EPB) التي ترتفع في المناطق الاستوائية وتحدد خطوط العرض المنخفضة على طول خطوط المجال المغناطيسي ويمكن أن تصل إلى الامتداد القاري. من خلال عملية التعاقب، يتم إنشاء مخالفات صغيرة الحجم (سم إلى كم) داخل فرامل الانتظار الكهربائية. نظرًا لتأثيرات الانكسار، يتم توليد السعة وميض الطور في الإشارة التي تعبر هذه المخالفات. تتأثر الإشارات عبر الغلاف الأيوني المستخدمة في وصلات الاتصالات السلكية واللاسلكية وفي تطبيقات النظم العالمية لسواتل الملاحة بشدة أثناء وميض الغلاف الأيوني. في هذا العمل، سنقدم مورفولوجيا تألق الغلاف الأيوني على القطاع الطولي البرازيلي، وتأثيراته على أنظمة تحديد المواقع والملاحة والمنهجية الحالية للتخفيف منها.

Translated Description (French)

L'ionosphère est une couche ionisée s'étendant d'environ 50 km à 1 000 km d'altitude. Lorsqu'un signal électromagnétique traverse cette couche, il subit un retard dans sa vitesse de groupe et une avance dans sa vitesse de phase. L'ionosphère est très dynamique et après le coucher du soleil, sa face inférieure équatoriale de la région F est soulevée par le champ électrique intensifié vers l'est, donnant naissance à un gradient de plasma abrupt. Cela configure un état instable avec un plasma de densité plus élevée se tenant au-dessus d'un plasma de densité plus faible. Cette instabilité pousse le plasma raréfié vers le haut, donnant naissance à de grandes régions appelées bulles de plasma équatoriales (EPB) qui s'élèvent dans les régions équatoriales et se situent à de basses latitudes le long des lignes de champ magnétique et peuvent atteindre une extension continentale. Grâce à un processus en cascade, des irrégularités à petite échelle (cm à km) sont générées à l'intérieur des EPB. En raison des effets de réfraction, des scintillations d'amplitude et de phase sont générées dans le signal traversant ces irrégularités. Les signaux transionosphériques utilisés dans les liaisons de télécommunication et dans les applications GNSS sont gravement affectés lors des scintillations ionosphériques. Dans ce travail, nous présenterons la morphologie de la scintillation ionosphérique sur le secteur longitudinal brésilien, ses effets sur les systèmes de positionnement et de navigation et la méthodologie existante pour les atténuer.

Translated Description (Spanish)

La ionosfera es una capa ionizada que se extiende desde unos 50 km hasta 1.000 km de altitud. Cuando una señal electromagnética atraviesa esta capa sufre un retardo en su velocidad de grupo y un avance en su velocidad de fase. La ionosfera es muy dinámica y después de la puesta del sol, su lado inferior ecuatorial de la región F se eleva por el campo eléctrico intensificado hacia el este, dando origen a un gradiente de plasma pronunciado. Esto configura una condición inestable con un plasma de mayor densidad sobre uno de menor densidad. Esta inestabilidad empuja el plasma enrarecido hacia arriba, dando origen a grandes regiones llamadas burbujas de plasma ecuatorial (EPB) que se elevan en las regiones ecuatoriales y se mapean a latitudes bajas a lo largo de las líneas del campo magnético y pueden alcanzar la extensión continental. A través del proceso de cascada se generan irregularidades a pequeña escala (cm a km) dentro de los EPB. Debido a los efectos de refracción, se generan centelleos de amplitud y fase en la señal que cruza estas irregularidades. Las señales transionosféricas utilizadas en los enlaces de telecomunicaciones y en las aplicaciones GNSS se ven gravemente afectadas durante los centelleos ionosféricos. En este trabajo presentaremos la morfología del centelleo ionosférico sobre el sector longitudinal brasileño, sus efectos sobre los sistemas de posicionamiento y navegación y la metodología existente para mitigarlos.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
خصائص وميض الغلاف الأيوني وآثارها على أنظمة إشارات ومواقع وملاحة النظم العالمية لسواتل الملاحة في المنطقة البرازيلية
Translated title (French)
Caractéristiques de la scintillation ionosphérique et leurs effets sur le signal GNSS et les systèmes de position et de navigation dans la région brésilienne
Translated title (Spanish)
Características del centelleo ionosférico y sus efectos sobre la señal GNSS y los sistemas de posición y navegación en la región brasileña

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4377078895
DOI
10.22564/brjg.v40i5.2151

Is supplement to
https://openalex.org/W4385490430 (Other)
https://openalex.org/W4309332477 (Other)
https://openalex.org/W4224304321 (Other)
https://openalex.org/W3128383484 (Other)
https://openalex.org/W2121618146 (Other)
https://openalex.org/W2055138070 (Other)
https://openalex.org/W2029711725 (Other)
https://openalex.org/W2010096563 (Other)
https://openalex.org/W2002799346 (Other)
https://openalex.org/W1965456286 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil