Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86147
Tipo: Tese
Título: Detection and characterization of equatorial ionospheric scintillation based on GNSS observations using convolutional neural networks
Título em inglês: Detection and characterization of equatorial ionospheric scintillation based on GNSS observations using convolutional neural networks
Autor(es): Pacelli, Rubem Vasconcelos
Orientador: Antreich, Felix Dieter
Coorientador: Almeida, André Lima Férrer de
Palavras-chave em português: Sistema de posicionamento global;Cintilação;Redes neurais convolucionais;Mapeamento de ativação de classe
Palavras-chave em inglês: Global positioning system;Scintillation;Convolutional neural networks;Class activation mapping
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2026
Citação: PACELLI, Rubem Vasconcelos de. Detection and characterization of equatorial ionospheric scintillation based on GNSS observations using convolutional neural networks. 2026. 129 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Receptores de Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS) operando na região equatorial são severamente afetados por cintilação ionosférica, causando rápidas flutuações na amplitude e fase da onda eletromagnética. Para monitorar a atividade de cintilação, receptores comerciais tipicamente fornecem os índices S4 and 𝛔ɸ, calculados a partir de limiares ad-hoc e técnicas de remoção de tendência. Além da limitação intrínseca de se restringirem a um problema de classificação M-ário, esses métodos de filtragem são conhecidos por mascarar eventos de cintilação. A presente tese propõe uma mudança de paradigma na caracterização da cintilação ionosférica. Em vez de depender de técnicas de remoção de tendência e limiares pré-estabelecidos, métodos bayesianos recentes são empregados para separar o sinal de cintilação da dinâmica da linha de visada, e novos algoritmos de redes neurais convolucionais são investigados para a tarefa de caracterização. Um modelo simplificado de sinal é derivado e utilizado para gerar séries temporais sintéticas de cintilação com base em dois modelos de cintilação ionosférica: o modelo de cintilação de Cornell e o modelo compacto de cintilação baseado em tela de fase. A principal contribuição é um novo framework que combina redes neurais convolucionais e mapas de ativação de classe como ferramenta de interpretabilidade post-hoc que destaca as regiões de entrada mais relevantes para a tarefa discriminativa. Essa abordagem torna possível analisar amostras cujas características tendem a ser classificadas como cintilação forte em vez de fraca, e vice-versa, sem estabelecer limiares arbitrários ou recorrer a heurísticas ad-hoc definidas para obter índices de cintilação. Os resultados demonstram acurácia média acima de 89%, o que viabiliza a caracterização da severidade da cintilação em nível de amostra e oferece melhorias significativas em comparação aos métodos tradicionais de classificação baseados em limiares, utilizados em aplicações de monitoramento de cintilação ionosférica.
Abstract: Global Navigation Satellite Systems (GNSS) receivers operating in the equatorial region are severely affected by ionospheric scintillation caused by rapid fluctuations in the amplitude and phase of the received electromagnetic wave. To monitor scintillation activity, commercial receivers typically provide the S4 and 𝛔ɸ indices, which are computed using ad-hoc thresholds and detrending techniques. In addition to the intrinsic limitation of being restricted to an M-ary classification problem, these filtering methods are known to mask scintillation events. The present thesis proposes a paradigm shift in the characterization of ionospheric scintillation. Instead of relying on detrending techniques and preset thresholds, recent Bayesian methods are employed to disentangle the scintillation signal from line-of-sight dynamics, and new convolutional neural network algorithms are investigated for the characterization task. A simplified signal model is derived and used to generate synthetic scintillation time series based on two ionospheric scintillation models: the Cornell Scintillation Model and the compact phase-screen-based scintillation model. The main contribution of this thesis is a new framework that combines convolutional neural networks and class activation maps as a post-hoc interpretability tool that highlights input regions most relevant to the discriminative task. This approach makes it possible to analyze samples whose features are prone to be classified as strong rather than weak scintillation, and the converse, without setting arbitrary thresholds or relying on ad-hoc heuristics established to obtain scintillation indices. The results demonstrate an average accuracy above 89%, which enables sample-level characterization of the severity of scintillation and provides significant improvements compared to traditional threshold-based classification methods used in ionospheric scintillation monitoring applications.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86147
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-5933-8565
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0717252455115225
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0001-6596-0123
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/3992941500638443
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/1183830514857314
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DETE - Teses defendidas na UFC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
2026_tese_rvpacelli.pdfTese7,48 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.