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High Accuracy Navigation under Scintillation Conditions

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Eliminar el centelleo de las señales del sistema mundial de navegación por satélite

La ionosfera de la Tierra es una bendición y una maldición: nos protege al bloquear la radiación electromagnética solar dañina, pero también plantea un reto para los usuarios del sistema mundial de navegación por satélite al hacer que las señales de radio centelleen, al igual que la luz de las estrellas.

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La tecnología del sistema mundial de navegación por satélite (GNSS, por sus siglas en inglés) forma parte ya de nuestra vida cotidiana. Los GNSS se comunican de manera ininterrumpida con nuestros teléfonos inteligentes, rastreadores de actividad, coches y ordenadores, y nos ayudan a encontrar direcciones y atajos, ubicar el restaurante o la gasolinera más cercano y a pronosticar la lluvia con mayor precisión. Un uso menos conocido es el seguimiento de los movimientos de contenedores y paquetes a lo largo de sus rutas de envío. Las redes de telefonía móvil también utilizan la hora del GPS para sincronizar sus estaciones base.

Resolver el problema que afecta a la eficiencia de las señales de radio

Las señales del GNSS mantienen en funcionamiento la sociedad de una forma casi imperceptible, pero son cada vez más vulnerables. Dichas señales son ondas de radio transmitidas desde satélites que orbitan la Tierra a una altitud de 20 000 km y, cuando llegan a la superficie terrestre, son extremadamente débiles. Los investigadores tratan de desarrollar receptores más sensibles para capturar estas señales débiles. El equipo del proyecto NAVSCIN, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie, trabajó en el desarrollo de estrategias optimizadas para mitigar un problema común en las señales del GNSS recibidas: el centelleo. «La mayoría de las personas conocen este fenómeno ya que es similar al centelleo de la luz de las estrellas cuando cruza la atmósfera. En determinadas condiciones relacionadas con la actividad solar y el campo magnético terrestre, las ondas de radio que atraviesan la ionosfera pueden verse gravemente alteradas. Cambios a pequeña escala en la densidad y composición del plasma de electrones libres en la atmósfera superior ionizada provocan fluctuaciones rápidas e intensas de la fase y la amplitud de las señales», comenta Adrià Rovira García, coordinador del proyecto. «Para evitar los efectos no deseados de la turbulencia ionosférica, primero es necesario comprender su naturaleza», añade Rovira García. Con este fin, el investigador realizó un análisis estadístico de la ocurrencia del centelleo en términos de frecuencia, gravedad y ubicación geográfica. Los resultados proporcionaron información para concretar un procedimiento que permita detectar la repercusión del centelleo en las señales del GNSS, es decir, lidiar con los denominados «deslizamientos de ciclo» en mediciones del GNSS. «Identificar y solucionar fallos en los deslizamientos de ciclo constituye todo un reto: su tamaño es bastante pequeño, unos 20 cm, y pueden aparecer a la vez en diferentes satélites», explica Rovira García.

Receptores del GNSS resistentes al centelleo de las señales de radio

Rovira García desarrolló una metodología mejorada para evaluar diferentes modelos para corregir los efectos ionosféricos perjudiciales en las señales del GNSS. Su principal ventaja es el uso de técnicas geodésicas y receptores geodésicos estándar de acceso libre y gratuito que muestrean las señales del GNSS cada segundo. En cambio, los receptores convencionales eliminan las señales de baja frecuencia mediante técnicas de procesamiento de señales basado en la separación ciega, que requieren al menos cincuenta muestras por segundo. «Convertir cualquier receptor estándar en una estación de supervisión del centelleo representa un gran avance, que está ayudando a replantear los conocimientos existentes sobre este fenómeno», señala Rovira García. Medir cómo afectan las perturbaciones ionosféricas a las señales del GNSS no es nada fácil. El equipo de NAVSCIN demostró que, una vez que se solucionan o mitigan los efectos del centelleo, el posicionamiento y la sincronización del GNSS mejora notablemente. Los resultados del proyecto se han difundido a través de once artículos publicados en revistas con revisión por pares y cinco congresos internacionales. «Nuestra investigación sirve como trampolín para mejorar el rendimiento de los más de ocho mil millones de dispositivos GNSS empleados hoy día en el mundo», concluye Rovira García.

Palabras clave

NAVSCIN, GNSS, centelleo, receptor, ionosfera, deslizamientos de ciclo, señal

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