Submitted by Vinicius Amadeu Stuani Pereira (vi_stuani@hotmail.com) on 2018-11-23T17:06:34Z No. of bitstreams: 1 Pereira_VAS_Tese.pdf: 34672414 bytes, checksum: f357f584172b46b5d27f842642bd82f7 (MD5) / Approved for entry into archive by ALESSANDRA KUBA OSHIRO ASSUNÇÃO (alessandra@fct.unesp.br) on 2018-11-23T18:44:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pereira_vas_dr_prud.pdf: 34672414 bytes, checksum: f357f584172b46b5d27f842642bd82f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T18:44:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pereira_vas_dr_prud.pdf: 34672414 bytes, checksum: f357f584172b46b5d27f842642bd82f7 (MD5) Previous issue date: 2018-09-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Dentre os métodos de posicionamento GNSS (Global Navigation Satellite System) utilizados pela aviação no suporte das fases de aproximação e pouso preciso de aeronaves, destacam-se o SBAS (Satellite-Based Augmentation System) e o GBAS (Ground-Based Augmentation System). O GBAS tem a capacidade de corrigir a maioria dos erros envolvidos na pseudodistância a partir do DGNSS (Differential GNSS), desde que a camada ionosférica apresente um comportamento não perturbado na região do aeroporto. Entretanto, dependendo do fluxo de ionização solar, da atividade geomagnética, do ciclo de manchas solares, do ângulo zenital do Sol e da localização geográfica, a ionosfera pode sofrer fortes perturbações, proporcionando uma ameaça à integridade do GBAS, uma vez que podem ser diferentes os efeitos ionosféricos em pequenas distâncias. Assim, investigações dos erros sistemáticos devido à camada ionosférica no GBAS tem sido objeto de estudos há alguns anos. Nesse sentido, modelos de risco ionosférico, que visam determinar a máxima decorrelação ionosférica espacial existente entre a estação GBAS e a aeronave que se aproxima num aeroporto, foram desenvolvidos ou avaliados, principalmente para o hemisfério norte, mais precisamente para o território norte-americano, onde se destaca o CONUS (Conterminous United States) Threat Model. Nessa área o comportamento da ionosfera é mais estável em comparação com o observado sobre o Brasil, localizado na região ionosférica equatorial e de baixas latitudes, que apresenta a ocorrência da Anomalia de Ionização Equatorial (AIE), bolhas ionosféricas, irregularidades ionosféricas, cintilação ionosférica e Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS). A implantação de um GBAS no Brasil, por meio do Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA), despertou o interesse de seu uso com segurança. Sendo assim, a pesquisa propôs investigar a aplicabilidade do modelo CONUS de risco ionosférico para GBAS no território brasileiro, utilizando o método dos pares de estações (station-pair method), além de estimar os parâmetros para os principais aeroportos internacionais do Brasil, considerando a variação sazonal, bem como investigar os benefícios quanto ao uso dos sinais GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), Galileo e da portadora L5 do GPS (Global Positioning System) no modelo. Para isso, foram utilizados dados GNSS de várias redes ativas entre os anos de 2000 e 2016, bem como dados do GBAS instalado no aeroporto internacional do Rio de Janeiro/RJ (Galeão). Para a determinação dos parâmetros do modelo de risco e do parâmetro de integridade σvig (vertical ionospheric gradient sigma), esse último utilizado para estimar os níveis de proteção horizontal e vertical da aeronave, foi implementado um sistema denominado MoR_Ion. Os parâmetros do modelo CONUS estimados para o Brasil, utilizando sinais GPS para a combinação de portadoras L1/L2, mostraram que é inviável o uso de um GBAS considerando todo o território nacional. Uma alternativa foi estimativa local e temporal para os aeroportos de interesse. Valores obtidos indicaram que o GBAS pode, provavelmente, ser utilizado nos aeroportos internacionais de São Paulo/SP (Cumbica), Rio de Janeiro/RJ (Galeão), Brasília/DF (Presidente Juscelino Kubitschek) e Recife/PE (Gilberto Freyre) com algumas restrições quanto à estação do ano, hora do dia e elevação dos satélites. Já para o aeroporto internacional de Porto Alegre/RS (Salgado Filho) é o único, entre os analisados, em que nenhuma restrição à instalação do GBAS no local foi identificada a partir do conjunto de dados processados. Resultados empregando os sinais GPS e Galileo, para a combinação L1/L5, apresentaram ser melhores que os da combinação L1/L2. Já em relação ao GLONASS, verificou-se que há uma semelhança com os resultados do GPS. A determinação do σvig em tempo real para cada satélite disponível se apresentou como uma alternativa interessante, uma vez que transmite para a aeronave a real condição ionosférica no momento da aproximação e pouso, ao contrário da atual configuração do GBAS de transmitir um valor fixo de σvig que, teoricamente, contempla todas as possíveis perturbações ionosféricas. Estimativas de níveis de proteção para aproximação no Galeão indicaram que há a possibilidade de se realizar um procedimento CAT-I, utilizando satélites GPS ou GLONASS (combinação L1/L2), desde que sejam aplicadas restrições local-temporais previamente estabelecidas. Verificou-se, também, que a utilização dos satélites GLONASS em concomitância com o GPS possibilita a obtenção de valores que atendem aos limiares para um pouso CAT-III, uma vez que uma maior quantidade de satélites e, consequentemente, uma melhor configuração geométrica, é disponibilizada. Um estudo de caso utilizando o time-step method para a região do aeroporto de São José dos Campos/SP, onde se encontram cinco estações em um raio de 10 km, indicou que gradientes desse método podem ser empregados na estimativa dos valores dos parâmetros. Entretanto, tal método tem pouca semelhança com a arquitetura de uma estação GBAS e uma aeronave que se aproxima e, adicionalmente, não soluciona a decorrelação temporal. Por fim, um método alternativo que pode indicar a realização ou não do pouso consiste no monitoramento das irregularidades ionosféricas em tempo real na região circundante de um determinado aeroporto. Experimento realizado em tempo real, mas utilizando dados GPS e GLONASS de março de 2014 (próximo ao pico do ciclo solar 24), mostrou fortes irregularidades para a região do Galeão, com a frente ionosférica se deslocando de sudoeste a nordeste. Assim, uma medida que pode ser empregada para estimar os níveis de proteção consiste em não utilizar os sinais dos satélites que atravessam tais irregularidades. / Among the methods of GNSS (Global Navigation Satellite System) positioning used by the aviation in the support of the phases of approach and precise landing of aircraft, stand out the SBAS (Satellite-Based Augmentation System) and the GBAS (Ground-Based Augmentation System). GBAS has the ability to correct most of the errors involved in pseudorange from DGNSS (Differential GNSS), provided that the ionospheric layer exhibits undisturbed behavior in the airport region. However, depending on the flow of solar ionization, geomagnetic activity, sunspot cycle, zenith angle of the sun and geographic location, the ionosphere can suffer severe disturbances, posing a threat to the integrity of the GBAS, since the ionospheric effects may be different at small distances. Thus, investigations of systematic errors due to the ionospheric layer in GBAS have been the subject of studies for some years. In this sense, ionospheric threat models, which seek to determine the maximum existing spatial ionospheric decorrelation between the GBAS station and the aircraft approaching an airport, have been developed or evaluated, especially for the northern hemisphere, more precisely to the US territory, which highlights the CONUS (Conterminous United States) Threat Model. In this area, the ionosphere behavior is more stable compared to that observed in Brazil, located in the equatorial and low latitude ionospheric region, which presents the occurrence of Equatorial Ionization Anomaly (EIA), ionospheric bubbles, ionospheric irregularities, ionospheric scintillation and South Atlantic Magnetic Anomaly (SAMA). The implementation of a GBAS in Brazil, through the Department of Airspace Control (DECEA), aroused the interest of its use with safety. Therefore, the research proposed to investigate the applicability of the CONUS Threat Model to GBAS in the Brazilian territory, using the station-pair method, besides estimating the parameters for the main international airports of Brazil, considering the seasonal variation, as well as investigating the benefits of using the GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya System), Galileo and GPS (Global Positioning System) L5 carrier in the model. For this purpose, GNSS data from several active networks were used between 2000 and 2016, as well as data from GBAS installed at Rio de Janeiro International Airport (Galeão). For the determination of the parameters of the threat model and the σvig (vertical ionospheric gradient sigma) integrity parameter, the latter used to estimate the aircraft horizontal and vertical protection levels, a system called MoR_Ion was implemented. The parameters of the CONUS model estimated for Brazil, using GPS signals for the combination of L1/L2 carriers, showed that it is impracticable to use a GBAS considering the entire national territory. An alternative was a local and temporal estimate for the airports of interest. The values obtained indicate that the GBAS can probably be used in the international airports of São Paulo/SP (Cumbica), Rio de Janeiro/RJ (Galeão), Brasília/DF (President Juscelino Kubitschek) and Recife/PE (Gilberto Freyre) with some restrictions on the season, time of day and satellite elevation. At the international airport of Porto Alegre/RS (Salgado Filho) it is the only one, among the analyzed ones, in which no restriction to the installation of the GBAS in the place was identified from the data set processed. Results using the GPS and Galileo signals for the L1/L5 combination were better than the L1/L2 combination. Regarding GLONASS, it was found that there is a similarity with the GPS results. The determination of the real time σvig for each available satellite was presented as an interesting alternative, since it transmits to the aircraft the actual ionospheric condition at the time of approach and landing, unlike the current GBAS configuration of transmitting a fixed value of σvig which theoretically covers all possible ionospheric disturbances. Estimates of protection levels for approach in Galeão indicated that there is the possibility of performing a CAT-I procedure, using GPS or GLONASS satellites (L1/L2 combination), provided that previously established local-temporal restrictions are applied. It was also verified that the use of GLONASS satellites in concomitance with GPS allows obtaining values that meet the thresholds for a CAT-III landing, since a larger number of satellites and, consequently, a better geometric configuration, is made available. A case study using the time-step method for the airport region of São José dos Campos/SP, where five stations are located within a 10 km radius, indicated that gradients of this method can be used to estimate the parameter values. However, this method has little resemblance to the architecture of a GBAS station and an aircraft approaching and additionally does not solve the temporal decorrelation. Finally, an alternative method that may indicate whether or not the landing is carried out is to monitor ionospheric irregularities in real time in the surrounding region of a given airport. A real-time experiment using GPS and GLONASS data from March 2014 (near the peak of the solar cycle 24) showed strong irregularities for the Galeão region, with the ionospheric front moving from southwest to northeast. Thus, one way that can be used to estimate protection levels is to not use satellite signals that cross such irregularities. / FAPESP: 2015/20522-7