Processamento de Dados GNSS em Modo Cinemático

O princípio do posicionamento por GNSS baseia-se, resumidamente, na resolução de um problema matemático que envolve a observação das distâncias do utilizador a um conjunto de satélites com coordenadas conhecidas. A posição resultante pode ser calculada em modo absoluto ou relativo. O posicionamento absoluto necessita apenas de um recetor para a determinação da posição. Por sua vez, o posicionamento relativo implica a utilização de estações de referência e envolve a utilização de mais recetores para além do pertencente ao próprio utilizador. Assim, os métodos mais utilizados na determinação da posição de uma plataforma móvel, com exatidão na ordem dos centímetros, baseiam-se neste último tipo de posicionamento. Contudo, têm a desvantagem de estarem dependentes de estações de referência, com um alcance limitado, e requerem observações simultâneas dos mesmos satélites por parte da estação e do recetor. Neste sentido foi desenvolvida uma nova metodologia de posicionamento GNSS em modo absoluto, através da modelação ou remoção dos erros associados a cada componente das equações de observação, da utilização de efemérides precisas e correções aos relógios dos satélites. Este método de posicionamento tem a designação Precise Point Positioning (PPP) e permite manter uma elevada exatidão, equivalente à dos sistemas de posicionamento relativo. Neste trabalho, após um estudo aprofundado do tema, foi desenvolvida uma aplicação PPP, de índole académica, com recurso à biblioteca de classes C++ do GPS Toolkit, que permite determinar a posição e velocidade do recetor em modo cinemático e em tempo real. Esta aplicação foi ensaiada utilizando dados de observação de uma estação estática (processados em modo cinemático) e de uma estação em movimento instalada no NRP Auriga. Os resultados obtidos permitiram uma exatidão para a posição na ordem decimétrica e para a velocidade na ordem do cm/s.

Integration of a regional GPS network within ITRF using precise point positioning

GPS precise point positioning (PPP) can provide high precision 3-D coordinates. Combined pseudorange and carrier phase observables, precise ephemeris and satellite clock corrections, together with data from dual frequency receivers, are the key factors for providing such levels of precision (few centimeters). In general, results obtained from PPP are referenced to an arbitrary reference frame, realized from a previous free network adjustment, in which satellite state vectors, station coordinates and other biases are estimated together. In order to obtain consistent results, the coordinates have to be transformed to the relevant reference frame and the appropriate daily transformation parameters must be available. Furthermore, the coordinates have to be mapped to a chosen reference epoch. If a velocity field is not available, an appropriated model, such as NNR-NUVEL-IA, has to be used. The quality of the results provided by this approach was evaluated using data from the Brazilian Network for Continuous Monitoring of the Global Positioning System (RBMC), which was processed using GIPSY-OASIS 11 software. The results obtained were compared to SIRGAS 1995.4 and ITRF2000, and reached precision better than 2cm. A description of the fundamentals of the PPP approach and its application in the integration of regional GPS networks with ITRF is the main purpose of this paper.

Efeitos de segunda e terceira ordem da ionosfera no posicionamento GNSS no Brasil

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) transmite seus sinais em duas freqüências, o que permite eliminar matematicamente os efeitos de primeira ordem da ionosfera através da combinação linear ionosphere free. Porém, restam os efeitos de segunda e terceira ordem, os quais podem provocar erros da ordem de centímetros nas medidas GPS. Esses efeitos, geralmente, são negligenciados no processamento dos dados GPS. Os efeitos ionosféricos de primeira, segunda e terceira ordem são diretamente proporcionais ao TEC presente na ionosfera, porém, no caso dos efeitos de segunda e terceira ordem, comparecem também o campo magnético da Terra e a máxima densidade de elétrons, respectivamente. Nesse artigo, os efeitos de segunda e terceira ordem da ionosfera são investigados, sendo que foram levados em consideração no processamento de dados GPS na região brasileira para fins de posicionamento. Serão apresentados os modelos matemáticos associados a esses efeitos, as transformações envolvendo o campo magnético da Terra e a utilização do TEC advindo dos Mapas Globais da Ionosfera ou calculados a partir das observações GPS de pseudodistância. O processamento dos dados GPS foi realizado considerando o método relativo estático e cinemático e o posicionamento por ponto preciso (PPP). Os efeitos de segunda e terceira ordem foram analisados considerando períodos de alta e baixa atividade ionosférica. Os resultados mostraram que a não consideração desses efeitos no posicionamento por ponto preciso e no posicionamento relativo para linhas de base longas pode introduzir variações da ordem de poucos milímetros nas coordenadas das estações, além de variações diurnas em altitude da ordem de centímetros.

Posicionamento por ponto preciso estático e cinemático: implementação e análise

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

GPS receivers for georeferencing of spatial variability of soil attributes

A caracterização da variabilidade espacial dos atributos do solo é indispensável para subsidiar práticas agrícolas de maneira sustentável. A utilização da geoestatística para caracterizar a variabilidade espacial desses atributos, como a resistência mecânica do solo à penetração (RP) e a umidade gravimétrica do solo (UG), é, hoje, prática usual na agricultura de precisão. O resultado da análise geoestatística é dependente da densidade amostral e de outros fatores, como o método de georreferencimento utilizado. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo comparar dois métodos de georreferenciamento para a caracterização da variabilidade espacial da RP e da UG, bem como a correlação espacial dessas variáveis. Foi implantada uma malha amostral de 60 pontos, espaçados em 20 m. Para as medições da RP, utilizou-se de penetrógrafo eletrônico e, para a determinação da UG, utilizou-se de trado holandês (profundidade de 0,0-0,1 m). As amostras foram georreferenciadas, utilizando-se do método de Posicionamento por Ponto Simples (PPS), com de (retirar) receptor GPS de navegação, e Posicionamento Relativo Semicinemático, com receptor GPS geodésico L1. Os resultados indicaram que o georreferenciamento realizado pelo PPS não interferiu na caracterização da variabilidade espacial da RP e da UG, assim como na estrutura espacial da relação dos atributos.

Stochastic modelling considering ionospheric scintillation effects on GNSS relative and point positioning

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Second and Third Order Ionospheric Effects on GNSS Positioning: A Case Study in Brazil

The Global Positioning System (GPS) transmits signals in two frequencies. It allows the correction of the first order ionospheric effect by using the ionosphere free combination. However, the second and third order ionospheric effects, which combined may cause errors of the order of centimeters in the GPS measurements, still remain. In this paper the second and third order ionospheric effects, which were taken into account in the GPS data processing in the Brazilian region, were investigated. The corrected and not corrected GPS data from these effects were processed in the relative and precise point positioning (PPP) approaches, respectively, using Bernese V5.0 software and the PPP software (GPSPPP) from NRCAN (Natural Resources Canada). The second and third order corrections were applied in the GPS data using an in-house software that is capable of reading a RINEX file and applying the corrections to the GPS observables, creating a corrected RINEX file. For the relative processing case, a Brazilian network with long baselines was processed in a daily solution considering a period of approximately one year. For the PPP case, the processing was accomplished using data collected by the IGS FORT station considering the period from 2001 to 2006 and a seasonal analysis was carried out, showing a semi-annual and an annual variation in the vertical component. In addition, a geographical variation analysis in the PPP for the Brazilian region has confirmed that the equatorial regions are more affected by the second and third order ionospheric effects than other regions.

Higher order ionospheric effects in GNSS positioning in the European region

After removal of the Selective Availability in 2000, the ionosphere became the dominant error source for Global Navigation Satellite Systems (GNSS), especially for the high-accuracy (cm-mm) demanding applications like the Precise Point Positioning (PPP) and Real Time Kinematic (RTK) positioning.The common practice of eliminating the ionospheric error, e. g. by the ionosphere free (IF) observable, which is a linear combination of observables on two frequencies such as GPS L1 and L2, accounts for about 99% of the total ionospheric effect, known as the first order ionospheric effect (Ion1). The remaining 1% residual range errors (RREs) in the IF observable are due to the higher - second and third, order ionospheric effects, Ion2 and Ion3, respectively. Both terms are related with the electron content along the signal path; moreover Ion2 term is associated with the influence of the geomagnetic field on the ionospheric refractive index and Ion3 with the ray bending effect of the ionosphere, which can cause significant deviation in the ray trajectory (due to strong electron density gradients in the ionosphere) such that the error contribution of Ion3 can exceed that of Ion2 (Kim and Tinin, 2007).The higher order error terms do not cancel out in the (first order) ionospherically corrected observable and as such, when not accounted for, they can degrade the accuracy of GNSS positioning, depending on the level of the solar activity and geomagnetic and ionospheric conditions (Hoque and Jakowski, 2007). Simulation results from early 1990s show that Ion2 and Ion3 would contribute to the ionospheric error budget by less than 1% of the Ion1 term at GPS frequencies (Datta-Barua et al., 2008). Although the IF observable may provide sufficient accuracy for most GNSS applications, Ion2 and Ion3 need to be considered for higher accuracy demanding applications especially at times of higher solar activity.This paper investigates the higher order ionospheric effects (Ion2 and Ion3, however excluding the ray bending effects associated with Ion3) in the European region in the GNSS positioning considering the precise point positioning (PPP) method. For this purpose observations from four European stations were considered. These observations were taken in four time intervals corresponding to various geophysical conditions: the active and quiet periods of the solar cycle, 2001 and 2006, respectively, excluding the effects of disturbances in the geomagnetic field (i.e. geomagnetic storms), as well as the years of 2001 and 2003, this time including the impact of geomagnetic disturbances. The program RINEX_HO (Marques et al., 2011) was used to calculate the magnitudes of Ion2 and Ion3 on the range measurements as well as the total electron content (TEC) observed on each receiver-satellite link. The program also corrects the GPS observation files for Ion2 and Ion3; thereafter it is possible to perform PPP with both the original and corrected GPS observation files to analyze the impact of the higher order ionospheric error terms excluding the ray bending effect which may become significant especially at low elevation angles (Ioannides and Strangeways, 2002) on the estimated station coordinates.

Posicionamento por ponto de alta precisão utilizando o GPS: Uma solução para a geodinâmica

Point positioning from GPS data can provide precision varying from 100 meters to a few millimeters at the level of 95% probability. To reach the best level of accuracy, users need proper equipment and software, as well as access capability to GPS products available at the International GPS Geodynamics Service. In this paper, the theory related to point positioning using GPS is presented as well as the results of an experiment conducted using data from the Brazilian Active Control System. The results show repeatability better than 5mm and 10mm for the N and E baseline components respectively, and 6mm + 4ppb (parts per billion) for the vertical. Comparison with SIRGAS campaign showed results at the same level of uncertainty as that of the stations used to tie the SIRGAS frame to ITRF94. Therefore, precise point positioning is a powerful tool to be used in applications requiring high level of precision, such as Geodynamics.

Influência da combinação e modernização dos sistemas que integram o GNSS no georreferenciamento de imóveis rurais

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise de séries temporais de coordenadas estimadas com GPS: uma proposta metodológica para eliminação de efeitos sazonais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Método dos mínimos quadrados com penalidades: aplicação no posicionamento relativo GPS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Campo de velocidade para as estações da RBMC e do IGS localizados na placa Sul-Americana: estimativa a partir do processamento de dados GPS

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise de modelos troposféricos no posicionamento baseado em redes usando o conceito de VRS

In the past few years several GPS (Global Position System) positioning techniques have been develope and/or improved with the goal of obtaining high accuracy and productivity in real time. The reference station network concept besides to enabling quality and reliability in positioning for scientific and civil GPS community, allows studies concerning tropospheric refraction modeling in the network region. Moreover, among the network corrections transmission methods available to users, there is the VRS (Virtual Reference Station) concept. In this method, the data of a virtual station are generated near the rover receiver (user). This provides a short baseline and the user has the possibility of using a single frequency receiver to accomplish the relative positioning. In this paper, the methodology applied to generate VRS data, using different tropospheric models is described. Thus, comparative tests were conducted in the four seasons with the NWP/INPE (Numerical Weather Prediction/National Institute for Space Research) and Hopfield tropospheric models. In order to analyse the VRS data quality, it was used the Precise Point Positioning (PPP) method, where satisfactory results were found. Mean differences between PNT/INPE and Hopfield models of 9.75% and 24.2% for the hydrostatic and wet days, respectively were obtained.