Ionosphere/Plasmasphere sounding with ground and space-based GNSS observations

Applying a methodology developed and tested in previous studies, the contribution from the ionospheric and plasmaspheric regions to the total electron content (measured by ground receivers) is analyzed. The method is based in the electron density profiles retrieved from radio occultations observed with low Earth orbit satellites, combined with an accurate empirical modeling of the topside-ionosphere electron density. The results of a climatological study of the fractional electron content from the ionospheric region are presented for a year of low solar activity. It is shown that a simple parametric model can be used to reproduce the electron content variations in the ionosphere and the plasmasphere between sunrise and midday, the period of the day showing the largest electron content variability.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Ionosphere/Plasmasphere sounding with ground and space-based GNSS observations

Applying a methodology developed and tested in previous studies, the contribution from the ionospheric and plasmaspheric regions to the total electron content (measured by ground receivers) is analyzed. The method is based in the electron density profiles retrieved from radio occultations observed with low Earth orbit satellites, combined with an accurate empirical modeling of the topside-ionosphere electron density. The results of a climatological study of the fractional electron content from the ionospheric region are presented for a year of low solar activity. It is shown that a simple parametric model can be used to reproduce the electron content variations in the ionosphere and the plasmasphere between sunrise and midday, the period of the day showing the largest electron content variability.Peer Reviewe

Avaliação e mitigação do efeito do multicaminho no posicionamento GNSS via smartphones

Orientadora: Prof.ª. Dr.ª. Claudia Pereira KruegerCoorientadores: Prof. Dr. Paulo Sergio de Oliveira Junior e Prof. Dr. Juan Francisco Reinoso GordoTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 13/06/2023Inclui referênciasResumo: As informações provenientes do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) são amplamente utilizados nas atividades de engenharia, na investigação científica e nos diversos serviços baseados na localização (SBL), como a geolocalização, a navegação, a saúde, os transportes, os jogos de realidade aumentada, entre outros. O GNSS tem se popularizado nas últimas décadas em razão de dispositivos como smartphones, que constituem mais de 90% dos dispositivos equipados com um sensor GNSS. Atualmente, é possível obter informações GNSS brutas coletadas por sensores GNSS em smartphones compatíveis com o sistema operacional Android Nougat e superiores, como as mensagens que possibilitam o cálculo das pseudodistâncias, informações Doppler e observações da fase da onda portadora. A partir de determinadas técnicas de posicionamento, o GNSS pode fornecer coordenadas geodésicas de acurácia milimétrica, principalmente, após o pós-processamento dos dados e o ajustamento das observações. No entanto, é importante destacar que a qualidade do posicionamento está diretamente ligada a determinadas interferências, como multicaminho. Nos smartphones esse fenômeno é ainda mais acentuado devido à baixa qualidade da antena GNSS. Entre as ferramentas utilizadas para mitigar esse efeito, pode-se utilizar antenas modernas e materiais atenuadores. Nessa pesquisa foram avaliadas mais de 280 horas de dados coletados via o smartphone Xiaomi Mi 8, o qual possui um sensor GNSS de dupla frequência. Pela primeira vez a terceira versão do Atenuador do Efeito do Multicaminho (AEM) desenvolvido pelo Laboratório de Geodésia Espacial e Hidrografia (LAGEH), AEM-LAGEH 3, foi avaliado em aplicações móveis e, um protótipo denominado AEM-LAGEH Smart foi desenvolvido com design específico voltado ao uso com smartphones. Os resultados dessa pesquisa indicam que há alta correlação, de aproximadamente 93%, entre a acurácia posicional planimétrica e planialtimétrica e o multicaminho influente na onda portadora L1. Além disso, ambos os materiais atenuadores demonstraram ser efetivos na minimização deste efeito na onda portadora L1. Ainda, os resultados demonstram que a supressão do efeito do multicaminho na onda portadora L5 foi superior a L1 entre 73% e 83%. Por fim, além da relação smartphone-multicaminho, essa pesquisa apresenta indicações e cuidados necessários para obtenção de coordenadas geodésicas mais acuradas via smartphones.Abstract: The information from the Global Navigation Satellite System (GNSS) is widely used in engineering activities, scientific research, and various Location-Based Services (LBS), such as geolocation, navigation, healthcare, transportation, augmented reality games, among others. GNSS has become popular in recent decades due to devices such as smartphones, which constitute over 90% of devices equipped with a GNSS sensor. Currently, it is possible to obtain raw GNSS information collected by GNSS sensors on smartphones compatible with the Android Nougat operating system and above, such as messages that enable the calculation of pseudoranges, Doppler information, and carrier phase observables. Through certain positioning techniques, GNSS can provide geodetic coordinates with millimeter-level accuracy, especially after data post-processing and observation adjustment. However, it is important to note that the quality of positioning is directly linked to certain interferences, such as multipath. In smartphones, this phenomenon is even more pronounced due to the low quality of the GNSS antenna. Among the tools used to mitigate this effect, modern antennas and attenuating materials can be employed. In this research, over 280 hours of data collected via the Xiaomi Mi 8 smartphone, which has a dual-frequency GNSS sensor, were evaluated. For the first time, the third version of the Multipath Effect Attenuator (AEM) developed by the Laboratory of Space Geodesy and Hydrography (LAGEH), AEM-LAGEH 3, was evaluated in mobile applications, and a prototype called AEM-LAGEH Smart was developed with a specific design for use with smartphones. The results of this research indicate a high correlation, around 93%, between horizontal (2D) and spatial (3D) position quality and the multipath effect on the L1 carrier phase. In addition, both attenuating materials proved to be effective in minimizing this effect on the L1 carrier phase. Additionally, the results demonstrate that the suppression of the multipath effect on the L5 carrier phase was superior to the L1, ranging from 73% to 83%. Finally, in addition to the smartphone-multipath relationship, this research presents indications and necessary precautions for obtaining more accurate geodetic coordinates via smartphones