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.

Os efeitos de duas tempestades magnéticas intensas sobre irregularidades ionosféricas foram analisados usando dados de cintilação do sinal de GPS das estações São Luís (2,57ºS, 44,21ºW, inclinação magnética 1,73ºS) na região equatorial, São José dos Campos (23,07ºS, 45,86ºW, inclinação magnética 18,01ºS) e Cachoeira Paulista (22,57ºS, 45,07ºW, inclinação magnética 18,12ºS) ambas sob a Anomalia da Ionização Equatorial (AIE) e São Martinho da Serra (29,28ºS, 53,82ºW, inclinação magnética 18,57ºS), localizada no sul do Brasil. Dados de CET (Conteúdo Eletrônico Total) também foram analisados. As tempestades analisadas ocorreram em 28-31 de outubro de 2003 e em 7-11 de novembro de 2004. Ambos períodos de tempestades apresentaram duas fases principais. Nas noites de 29/30 e 30/31 de outubro, durante as duas fases principais da tempestade, foi observado que o CET em São José dos Campos alcançou valores mais altos que do dia 10 de outubro que foi magneticamente calmo, devido ao efeito de penetração instantânea ao equador magnético de campo elétrico dirigido para leste e intensificando a AIE. Comparada a um dia calmo (10 de outubro), a cintilação na amplitude do sinal de GPS devido à irregularidade ionosférica, representada pelo índice de cintilação S4, foi mais forte em Cachoeira Paulista (sob a AIE) durante a noite de 30/31 mas não para a noite 29/30 e em São Martinho da Serra, durante as noites 29/30 e 30/31. A cintilação para as noites 29/30 e 30/31 nestas duas estações tiveram maior duração do que para a noite de 10 de outubro, alcançando o setor das horas após meia noite. Durante a tempestade de 7-11 de novembro, o CET teve o comportamento de um dia calmo, exceto durante os dias 10 e 11 (até 09 UT), quando uma diminuição significativa de CET foi observada. A cintilação, comparada ao dia 19 de novembro que foi calmo, foi maior na estação equatorial de São Luís durante as noites de 7/8 e 8/9 e foi completamente inibida para as estações de São Luís e São José dos Campos durante as noites 9/10 e 10/11, provavelmente devido à ação da penetração ao equador de campo elétrico do dínamo perturbado dirigido para oeste.

The effects of two intense magnetic storms over ionospheric irregularities were analyzed using GPS signal scintillation data from the stations of São Luís (2.57ºS, 44.21ºW, dip latitude 1.73ºS) in the equatorial region, São José dos Campos (23.07ºS, 45.86ºW, dip latitude 18.01ºS) and Cachoeira Paulista (22.57ºS, 45.07ºW, dip latitude 18.12ºS) both under the Equatorial Ionization Anomaly (EIA), and São Martinho da Serra (29.28ºS, 53.82ºW, dip latitude 18.57ºS), located in the South of Brazil. Total Electron Content (TEC) data for São Luís and São José dos Campos, were also analyzed. The analyzed storms occurred on October 28-31, 2003 and on November 7-11, 2004. Both storm periods presented two main phases. In the nights of 29/30 and 30/31 of October, during the two storm main phase, it was observed that TEC over São José dos Campos reached higher values than the TEC for the magnetically quiet day of October 10, due to the effect of eastward electric field prompt penetration to magnetic equator that intensified the EIA. Compared to a quiet day (Oct 10), scintillation in the GPS signal amplitude due to ionospheric irregularity, quantified by the scintillation index S4, was stronger for Cachoeira Paulista (under EIA) during the night of 30/31but not for the night of 29/30 and for São Martinho da Serra was stronger during the nights of 29/30 and 30/31. Scintillation for the nights of 29/30 and 30/31 at these two stations lasted longer than on October 10, reaching the post midnight time sector. During the November 7-11 storm, TEC kept the behavior of a quiet day except during days 10 and 11 (up to 9 UT), when a large TEC decrease was observed. The GPS scintillation, compared to the quiet day November 19, was larger at the equatorial station of São Luís during the nights of 7/8 and 8/9 and it was completely inhibited for the São Luís and São José dos Campos stations during the nights of 9/10 and 10/11, probably due to action of westward disturbance dynamo electric field penetration to equator.