ABSTRACT Air navigation is increasingly dependent on the use of Global Navigation Satellite Systems (GNSS). It allows the determination of the aircraft’s position in all phases of the flight and brings many advantages. Although GNSS navigation results in gains, the radio signals from these systems are strongly influenced by the ionospheric environment. It introduces errors that can affect the accuracy, integrity, availability and continuity requirements established by the International Civil Aviation Organization (ICAO). The ionospheric layer has different behaviors depending on the latitude, time of day, season of the year, geomagnetic activity and solar cycle. Since Brazil is located in a region of low latitudes, it experiences a series of unique challenges when compared to regions of mid-latitudes. For this reason, the application of GNSS-based technologies in aviation over the Brazilian territory requires an in-depth assessment of the ionosphere effects. Therefore, the Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) named GNSS Technology for Supporting Air Navigation was formed in 2017 to better assess the ionosphere impacts and assist government agencies and companies in the development of safe air navigation procedures over Brazil in a near future. This paper presents the most relevant advances achieved so far within this multidisciplinary project that involves Brazilian research centers and universities.

Resumo: O geoide é a superfície equipotencial de referência altimétrica para levantamentos cartográficos e, portanto, apresenta diversas finalidades práticas para o engenheiro. Nas últimas décadas a comunidade geodésica tem concentrado esforços no desenvolvimento de modelos geoidais altamente acurados por meio de modernas técnicas. Esses modelos são fornecidos por meio de grades regulares das quais os usuários necessitam realizar interpolações. Todavia pouca informação pode ser obtida a respeito do método de interpolação mais adequado para extrair informação da malha regular de modelos geoidais. A utilização de um interpolador que não representa adequadamente a superfície geoidal pode prejudicar a qualidade das ondulações geoidais e consequentemente a conversão de altitudes. Este trabalho tem como objetivo quantificar a magnitude do erro proveniente da interpolação de malhas regulares de modelos geoidais. As análises consistiram na comparação entre os resultados obtidos com a interpolação do programa MAPGEO2015 e os interpoladores: bilinear, spline cúbica e redes neurais Radial Basis Function. De acordo com os experimentos realizados, concluiu-se que 2.5 cm dos 18 cm de erro obtido na validação do MAPGEO2015 é causado pelo uso dos interpoladores na grade 5'x5'.

Abstract: The geoid is an equipotential surface regarded as the altimetric reference for geodetic surveys and it therefore, has several practical applications for engineers. In recent decades the geodetic community has concentrated efforts on the development of highly accurate geoid models through modern techniques. These models are supplied through regular grids which users need to make interpolations. Yet, little information can be obtained regarding the most appropriate interpolation method to extract information from the regular grid of geoidal models. The use of an interpolator that does not represent the geoid surface appropriately can impair the quality of geoid undulations and consequently the height transformation. This work aims to quantify the magnitude of error that comes from a regular mesh of geoid models. The analysis consisted of performing a comparison between the interpolation of the MAPGEO2015 program and three interpolation methods: bilinear, cubic spline and neural networks Radial Basis Function. As a result of the experiments, it was concluded that 2.5 cm of the 18 cm error of the MAPGEO2015 validation is caused by the use of interpolations in the 5'x5' grid.

Resumo: Muitos esforços foram feitos nas últimas décadas para aprimorar a formulação de modelos ionosféricos baseados em dados derivados do Global Navigation Satellite System (GNSS). No entanto, apesar de significativos avanços na estimação da densidade eletrônica contida no trajeto do sinal GNSS, pouca atenção vem sendo dada à precisão geométrica dos pontos que descrevem a trajetória do sinal. Neste trabalho, uma comparação pioneira é apresentada sobre a qualidade geométrica dos pontos ionosféricos usando distintos métodos para descrever o trajeto do sinal GNSS na ionosfera. As análises foram realizadas com três métodos: uma formulação geométrica amplamente conhecida; um novo método baseado em aproximações lineares; e o método utilizado pelo modelo NeQuick e recomendado pela International Telecommunication Union, o qual foi usado como referência. Como resultado, a média do erro do método amplamente usado foi de 0.7 km e do método proposto foi ao nível de 10-11 km. Além disso, o método proposto tem a vantagem de fornecer uma forma para calcular pontos ionosféricos em sinais GNSS com ângulos de elevação negativos. Uma vez que os ângulos de elevação negativos derivados de técnicas de Rádio-Ocultação são definitivamente importantes para aprimorar a cobertura geométrica para modelos ionosféricos, a técnica proposta pode ser útil no desenvolvimento de novos modelos ionosféricos.

Abstract: Many efforts have been done in the last decades to improve the formulation of ionospheric models based on data derived from the Global Navigation Satellite System (GNSS). Despite significant improvements in estimating the electron content of the GNSS signal path, little attention has been given to the geometric precision of ionospheric points that describe the signal path. In this work, we show a pioneer comparison about the geometric quality of the ionospheric points using distinct methods. Such analysis was carried out by calculating the GNSS signal path through three methods: a well-known geometric formulation; a new method based on linear approximations; and the used by NeQuick and recommended by the International Telecommunication Union, which was used as reference. As a result, we verified that the mean error of the well-known formulation was about 0.7 km and for the new method was at the level of 10-11 km. Also, the proposed method has the advantage to enable the calculation of ionospheric points for GNSS signals with negative elevation angles. Once negative elevation angles derived from Radio-Occultation techniques are definitively important to improve the geometrical coverage of ionospheric modeling, the proposed technique can be useful in the development of ionospheric modeling processes.

A tendência diferencial devido ao atraso do código (DCB) dos satélites e receptores é um dos parâmetros estimados, juntamente com o conteúdo total de elétrons (TEC), nos modelos ionosféricos que utilizam dados do GNSS. O IGS disponibiliza arquivos em formato IONEX que fornecem os valores dos DCB's dos satélites e receptores utilizados na modelagem do TEC a partir de uma rede GNSS global. Visando calcular o DCB para qualquer estação receptora, pertencente ou não a rede utilizada pelos centros de análise do IGS, este trabalho apresenta uma técnica de estimativa do DCB do receptor baseada em arquivos IONEX. O método estima o DCB do receptor a partir da média aritmética da combinação linear livre da geometria. O processamento é realizado com menos esforço computacional ao utilizado na modelagem ionosférica, pois não é necessário realizar a modelagem do TEC. Os DCB's estimados apresentaram concordância de 0,47 ns com os DCB's disponibilizados nos arquivos IONEX do CODE em estações pertencentes à região brasileira.

The differential code bias (DCB) is one estimated parameter in ionospheric models using data from GNSS. DCB's values from satellites or receivers can be obtained from IONEX format files provided by IGS and these parameters are estimated using a global GNSS network. In this context, this paper presents an estimation technique of DCB based on the IONEX files, in order to compute a DCB for any local station. The method consists in applying the arithmetic mean of the linear combination of geometry free. The processing is performed with less computational effort than that used in the ionospheric modeling, because it is not necessary to use the TEC modeling. The DCB's were estimated with stations of Brazilian region and showed agreement of 0.47 ns in comparison to the DCB's provided by CODE.