Desenvolvimento de um sistema para detecção de variações em sinais VLF modulados em MSK aplicado ao sensoriamento remoto da ionosfera

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Zandarim, Vitor Rafael
Orientador(a): Raulin, Jean Pierre
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
eng
Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
VLF
MSK
ionosfera
fase
amplitude
software embarcado
Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/41553
Resumo: A ionosfera, camada da atmosfera terrestre fortemente influenciada por variações de suas propriedades elétricas e de densidade eletrônica decorrentes de fenômenos solares e terrestres, afeta diretamente a propagação de ondas de rádio em frequências muito baixas (VLF – Very Low Frequency, 3 a 30 kHz). As alterações nas componentes de amplitude e fase desses sinais são amplamente utilizadas para o monitoramento de distúrbios ionosféricos. No Brasil, a Rede Sul Americana de VLF (SAVNET – South America VLF Network) realiza esse monitoramento, porém enfrentou limitações após a descontinuação do Software para Registro de Fase e Amplitude (SoftPal – Software Phase and Amplitude Logger), anteriormente empregado na leitura de fase. Este trabalho apresenta o desenvolvimento do ASTROfísica MACKenzie (ASTROMACK), um sistema de software embarcado para aquisição e processamento de sinais VLF modulados em chaveamento de deslocamento mínimo (MSK – Minimum Shift Keying). O sistema combina demodulação digital, filtragem e sincronização simbólica, permitindo extrair curvas de fase com boa aproximação visual e indicadores quantitativos coerentes (erro médio absoluto entre 34° e 132°; Pearson entre −73% e 73%). Como contribuição inédita, foi desenvolvido um método alternativo baseado na análise estatística da interferência entre bits, com potencial para a identificação de modos de propagação. O ASTROMACK, disponibilizado em código aberto e exportando dados em formatos padrão (.fits e .txt), fornece subsídios metodológicos inovadores, contribui para a autonomia operacional da SAVNET e amplia as possibilidades de sensoriamento remoto da ionosfera por sinais VLF.
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Este trabalho apresenta o desenvolvimento do ASTROfísica MACKenzie (ASTROMACK), um sistema de software embarcado para aquisição e processamento de sinais VLF modulados em chaveamento de deslocamento mínimo (MSK – Minimum Shift Keying). O sistema combina demodulação digital, filtragem e sincronização simbólica, permitindo extrair curvas de fase com boa aproximação visual e indicadores quantitativos coerentes (erro médio absoluto entre 34° e 132°; Pearson entre −73% e 73%). Como contribuição inédita, foi desenvolvido um método alternativo baseado na análise estatística da interferência entre bits, com potencial para a identificação de modos de propagação. O ASTROMACK, disponibilizado em código aberto e exportando dados em formatos padrão (.fits e .txt), fornece subsídios metodológicos inovadores, contribui para a autonomia operacional da SAVNET e amplia as possibilidades de sensoriamento remoto da ionosfera por sinais VLF.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de NívelIPM - Instituto Presbiteriano MackenzieporengUniversidade Presbiteriana MackenzieVLFMSKionosferafaseamplitudesoftware embarcadoDesenvolvimento de um sistema para detecção de variações em sinais VLF modulados em MSK aplicado ao sensoriamento remoto da ionosferainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Digital do Mackenzieinstname:Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)instacron:MACKENZIEinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://lattes.cnpq.br/7285541024719915https://orcid.org/0000-0002-7501-3231http://lattes.cnpq.br/6461394172564668https://orcid.org/0000-0001-9057-9500Akamine, Cristianohttp://lattes.cnpq.br/0394598624993168https://orcid.org/0000-0002-3161-4668Correia, Emiliahttp://lattes.cnpq.br/1272123236892781https://orcid.org/0000-0003-4778-3834Szpigel, SérgioRamírez, Ray Fernando Hidalgohttp://lattes.cnpq.br/2578978663165124http://lattes.cnpq.br/1870195747044351https://orcid.org/0000-0003-2529-2225https://orcid.org/0000-0002-2430-3909The ionosphere, a layer of the Earth’s atmosphere strongly influenced by variations in its electrical properties and electron density caused by solar and terrestrial phenomena, directly affects the propagation of very low frequency (VLF, 3–30 kHz) radio waves. Variations in the amplitude and phase components of these signals are widely used for monitoring ionospheric disturbances. In Brazil, the South America VLF Network (SAVNET) carries out this monitoring but faced limitations after the discontinuation of the Software for Phase and Amplitude Logging (SoftPal), previously employed for phase measurements. This work presents the development of ASTROfísica MACKenzie (ASTROMACK), an embedded software system for the acquisition and processing of VLF signals modulated by Minimum Shift Keying (MSK). The system combines digital demodulation, filtering, and symbol synchronization, enabling the extraction of phase curves with consistent visual approximation and quantitative indicators (mean absolute error between 34° and 132°; Pearson correlation between −73% and 73%). As an original contribution, an alternative method based on the statistical analysis of bit interference was developed, with potential for identifying propagation modes. ASTROMACK, released as open-source software and exporting data in standard formats (.fits and .txt), provides innovative methodological tools, enhances the operational autonomy of SAVNET, and expands the possibilities of ionospheric remote sensing through VLF signals.VLFMSKionospherephaseamplitudeembedded softwareBrasilEscola de Engenharia Mackenzie (EE)UPMEngenharia Elétrica e ComputaçãoCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOFISICA::SENSORIAMENTO REMOTOORIGINALVITOR RAFAEL ZANDARIM - protegido.pdfVITOR RAFAEL ZANDARIM - protegido.pdfapplication/pdf7593105https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/0a22c1e9-2e75-41c2-a133-7c1b4661b365/downloadbcb536c51a5527f82320ff3b3b0b220cMD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82207https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/9d5a0bc5-6616-451b-a6a6-1911c4818c26/downloada092685f5fe02015fe6064807ee8feefMD52falseAnonymousREADTEXTVITOR RAFAEL ZANDARIM - protegido.pdf.txtVITOR RAFAEL ZANDARIM - protegido.pdf.txtExtracted texttext/plain103795https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/e8cf660a-41f6-40ee-96ff-ab9c0851ff5f/download7b9e34ac82a0bbba494138dbd802c20aMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILVITOR RAFAEL ZANDARIM - protegido.pdf.jpgVITOR RAFAEL ZANDARIM - protegido.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg2760https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/8b5380b9-d53f-47ab-a33b-345b5e237049/downloada4b8b5895c47390f0817dbbb9fa81869MD54falseAnonymousREAD10899/415532025-11-11T06:01:40.031293Zopen.accessoai:dspace.mackenzie.br:10899/41553https://dspace.mackenzie.brBiblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.mackenzie.br/jspui/PRIhttps://adelpha-api.mackenzie.br/server/oai/repositorio@mackenzie.br||paola.damato@mackenzie.bropendoar:102772025-11-11T06:01:40Repositório Digital do Mackenzie - Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)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