[en] SIMULATION OF EQUATORIAL AND LOW-LATITUDE IONOSPHERIC EFFECTS ON THE GROUND-BASED AUGMENTATION SYSTEM (GBAS)

• Other Authors: EMANOEL PAIVA DE OLIVEIRA COSTA
• Language: en
• Published: MAXWELL 2020
• Subjects: [pt] GPS; [pt] SINAL NO ESPACO; [pt] NAVEGACAO AEREA; [pt] GBAS; [pt] IONOSFERA; [en] GPS; [en] SIGNAL IN SPACE; [en] AIR NAVIGATION; [en] GBAS; [en] IONOSPHERE
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=50785@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=50785@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.50785

[pt] Esta tese apresenta um estudo dos efeitos ionosféricos em um Sistema de Aumento Baseado no Solo (GBAS) em regiões equatorial e de baixas latitudes. A ionosfera afeta a propagação dos sinais de GPS e pode reduzir a precisão do posicionamento nas regiões equatorial e de baixas latitudes. Sistemas auxiliares foram desenvolvidos para atender aos requisitos de segurança da aviação. Nesse contexto, o GBAS fornece maior precisão para correções diferenciais. Para avaliar o desempenho de um GBAS, um modelo de simulação do sinal-no-espaço GPS L1 foi desenvolvido, considerando o retardo ionosférico baseado nas distribuições estatísticas dos resíduos de Conteúdo Eletrônico Total vertical obtido do modelo IRI e estimativas da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo, em combinação com representação para a cintilação ionosférica de amplitude, simulada com base em distribuições de probabilidade (Alfa) - (Mi), bem como a cintilação de fase, gerada de acordo com as relações empíricas entre os índices (s)4 and (Sigma)(Fi). O modelo de sinal do GPS L1 também considera erros de relógios e aleatórios, retardos troposféricos, ambigüidade de ciclo e efeitos de multipercurso, para uma descrição completa. Os resultados de sinal-no-espaço são injetados em um modelo de simulação da instalação terrestre do GBAS, implementado para detectar uma variedade de possíveis anomalias ou falhas no sinal-no-espaço e para gerar correções diferenciais baseadas em algoritmos de monitoramento. O GBAS gera correções e seu desempenho é avaliado para aproximações de aeronaves em diferentes condições ionosféricas nos aeroportos do Rio de Janeiro e Fortaleza, enfatizando a Categoria de aproximação I. Os erros horizontais e verticais são estimados usando correções de GBAS para avaliar a precisão. A integridade do GBAS também é analisada calculando os níveis de proteção horizontal e vertical. === [en] This research presents a study on ionospheric effects on a Ground Based Augmentation System (GBAS) in equatorial and low latitude regions. The ionosphere affects the propagation of GPS signals and can reduce the positioning accuracy in the equatorial and low-latitude regions. Auxiliary systems have been developed to meet the safety requirements of aviation. In this context, GBAS provide higher accuracy for differential corrections. To evaluate the performance of a GBAS, a simulation model of the GPS L1 signal-in-space has been developed, considering ionospheric delay based on statistical distributions of vertical Total Electron Content residuals obtained from IRI model and Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo estimates, in combination with amplitude ionospheric scintillation simulated based on (Alfa) - (Mi) probability distributions, as well as phase scintillation, generated according to empirical relationships between the indices (S)4 and (Sigma)(Fi). The GPS L1 signal model also considers clock and random errors, tropospheric delays, ambiguity, and multipath, for a complete description. The signal in space results are injected into a GBAS ground facility simulation model, implemented to detect a varied array of possible anomalies or failures in the signal in space and to generate differential corrections based on monitoring algorithms. The GBAS generates corrections and its performance is evaluated for aircraft approaches under different ionospheric conditions at the Rio de Janeiro and Fortaleza Airports, emphasizing Approach Category I. The horizontal and vertical errors are estimated using GBAS corrections to evaluate the accuracy. The GBAS integrity is also analyzed by computing the horizontal and vertical protection levels.