ERROS ENVOLVIDOS NO

GNSS E FORMAS DE

ATENUAÇÃO

Prof. Dra. Daniele Barroca Marra Alves

TIPOS DE ERROS

As observáveis GNSS, assim como outras medidas, estão

sujeitas a diversos tipos de erros:

Grosseiros (outliers): Interferem diretamente nos resultados;

Podem ser eliminados através do processo de controle de

qualidade. Um procedimento extensivamente utilizado no campo

da Geodésia é denominado Detection, Identification and

Adaptation (DIA).

Aleatórios: São inevitáveis, sendo, portanto, considerados

uma propriedade inerente das observações.

Sistemáticos: Podem ser modelados ou eliminados por

técnicas adequadas de processamento e/ou observação.

ERROS NO POSICIONAMENTO GNSS

Diversos são os tipos de erros que afetam as observáveis

GNSS.

A maioria deles pode ser eliminada, minimizada ou até mesmo

evitada.

Os principais tipos de erros que afetam o posicionamento

GNSS serão vistos a seguir.

ERROS/EFEITOS NO POSICIONAMENTO GNSS

FONTES DE ERRO ERROS

SATÉLITE

Erro da órbita

Erro do relógio

Relatividade

Atraso entre as duas portadoras no

hardware do satélite

Centro de fase da antena do satélite

Fase wind-up

PROPAGAÇÃO DO

SINAL

Refração troposférica (ou neutrosférica)

Refração ionosférica

Perdas de ciclo

Multicaminhamento ou sinais refletidos

Rotação da Terra

RECEPTOR/ANTENA

Erro do relógio

Erro entre os canais

Centro de fase da antena

Atraso entre as duas portadoras no

hardware do receptor

Fase wind-up

ESTAÇÃO

Erro nas coordenadas

Multicaminhamento ou sinais refletidos

Marés terrestres

Movimento do Pólo

Carga dos oceanos

Carga da atmosfera

Variações que devem ser

consideradas para os

casos de posicionamento

de alta precisão,

especialmente em linhas de

bases longas

RESUMO

Para cada um dos erros/efeitos apresentados fazer um

resumo, considerando:

Definição;

Magnitude;

Formas de atenuar;

O que ocorre no posicionamento.

SATÉLITE

ERRO DA ÓRBITA DO SATÉLITE

Definição: É o erro devido à diferença entre a órbita prevista e

a efetivamente realizada pelo satélite;

Informações orbitais:

efemérides transmitidas pelos satélites;

efemérides precisas: IGS, IGR, IGU.

Tempo Real: Efemérides transmitidas ou IGU.

ERRO DA ÓRBITA DO SATÉLITE

http://www.igs.org/products 15/10/2018

ERRO DA ÓRBITA DO SATÉLITE

http://www.igs.org/products 15/10/2018

ERRO DA ÓRBITA DO SATÉLITE

As coordenadas dos satélites são, geralmente, injuncionadas

como fixas durante o processo de ajustamento dos dados dos

satélites.

Erros nas coordenadas do satélite se propagam para a posição

do usuário.

No posicionamento por ponto, os erros serão propagados

quase que diretamente para a posição do usuário.

No posicionamento relativo, os erros orbitais são

praticamente eliminados.

Os erros remanescentes degradam a acurácia das componentes

da linha base, na medida em que essa se torna mais longa.

ERRO DA ÓRBITA DO SATÉLITE

Regra que expressa o erro na linha base como função do erro

na posição do satélite:

onde:

b é o erro resultante na linha base;

b é o comprimento da linha base (km);

r é o erro na posição do satélite;

r é a distância do satélite ao receptor ( 20 000 km).

Tem sido sugerido que a equação é pessimista - representa os

erros orbitais sobre a componente vertical (MONICO, 2008).

r

rbb

ERRO DA ÓRBITA DO SATÉLITE

Exemplo:

Calcule o erro na linha base considerando:

Efemérides transmitidas e linhas base de 20, 200, 2000 e

5000km;

Efemérides precisas e linhas base de 20, 200, 2000 e 5000km;

ERRO DO RELÓGIO DO SATÉLITE

Definição: Erro que ocorre devido ao relógio existente no

satélite.

Os satélites possuem relógios atômicos;

Embora altamente precisos, os relógios atômicos a bordo dos

satélites não acompanham o sistema de tempo a eles

associados.

A diferença chega a ser, para o caso do GPS, no máximo, de 1

milissegundo (WELLS et al., 1986).

Os relógios são monitorados pelo segmento de controle.

Os erros dos relógios dos satélites podem ser obtidos:

Efemérides precisas: IGS, IGR ou IGU;

Mensagens de navegação: coeficientes de um polinômio.

ERRO DO RELÓGIO DO SATÉLITE

Quando as efemérides transmitidas são usadas, tem-se o

polinômio (MONICO, 2008):

dts(t) é o erro do relógio no instante t;

tSV é o instante de referência do satélite;

toc é o instante de referência do relógio (clock);

a0 é o estado do relógio no instante de referência;

a1 é a marcha linear do relógio;

a2 é a variação da marcha do relógio;

é uma pequena correção devido aos efeitos

relativísticos no relógio ( são a posição e a velocidade do

satélite e c a velocidade da luz).

RocSVocSV

s tttattaatdt 2

210 )()()(

2/**2 cXXtR

ERRO DO RELÓGIO DO SATÉLITE

A SA ocorria através da manipulação da frequência dos

relógios dos satélites.

Resultava em erros nas observáveis;

Os efeitos podiam atingir algo em torno de 80 nano-segundos (ns), o

que correspondia a um erro da ordem de 24 m;

Com a SA ativa, o polinômio não modelava adequadamente os erros

dos relógios dos satélites.

Forma de eliminar os erros dos relógios dos satélites: uso

do método de posicionamento relativo.

Ao formar as duplas diferenças (veremos em breve), os erros dos

relógios dos satélites e receptores são cancelados.

Relógio Atômicohttp://www.kowoma.de/en/gps/satellites.htm

RELATIVIDADE

Os relógios dos receptores situados na Terra e nos satélites

estão em campos gravitacionais diferentes, além de se

deslocarem com velocidades diferentes.

RELATIVIDADE

Efeitos da relatividade:

Não são restritos somente aos satélites (órbitas e relógios), mas

também à propagação do sinal e aos relógios dos receptores.

Provoca uma aparente alteração na frequência dos relógios de

bordo com relação aos terrestres.

No GPS, os efeitos são compensados antes do lançamento do

satélite.

Apesar desses cuidados, alguns efeitos não são eliminados.

Posicionamento relativo - efeitos resultantes são desprezíveis.

ATRASO ENTRE AS DUAS PORTADORAS NO

HARDWARE DO SATÉLITE E RECEPTOR

Definição: decorrente da diferença entre os caminhospercorridos pelas portadoras L1 e L2, através do hardware dosatélite ou receptor.

Satélites:

A magnitude do atraso é determinada e introduzida como partedas mensagens de navegação.

TGD (Timing Group Delay).

É distinto para cada satélite.

Também podem ser obtidos no site do CODE.

ftp://ftp.unibe.ch/aiub/CODE/ - arquivos mensais.

Literatura inglesa: Interfrequency biases (IFB), bem comoDifferential Code Biases (DCB).

Receptores:

Os valores de DCB são importantes para o cálculo do valor

absoluto do TEC (Total Electron Contents) a partir de receptores

de dupla frequência.

Esses valores devem ser estimados durante o processamento ou

calibrados de forma independente.

Os valores do DCB de receptores que fazem parte da rede de

estações ativas do IGS, também podem ser obtidos no site do

CODE.

ATRASO ENTRE AS DUAS PORTADORAS NO

HARDWARE DO SATÉLITE E RECEPTOR

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO SATÉLITE

Definição: O centro de fase da antena do satélite, ponto dereferência da emissão dos sinais, difere do centro de massado mesmo, ponto de referência para as coordenadas.

O centro de fase eletrônico não coincide com o centro mecânicoda antena.

A correta localização do centro de fase em relação ao centrode massa é necessária para a determinação das órbitas comalta precisão.

Os deslocamentos do centro de fase, bem como suasvariações, são calculados por:

NGS e alguns centro de análises do IGS, como o CODE e GFZ;

Os valores estão disponíveis em conjunto com várias antenas dereceptores GNSS.

ROTAÇÃO DE FASE - FASE WIND-UP

Sinais eletromagnéticos podem ser polarizados de diferentes

maneiras (MARQUES, 2012):

elíptica, circular, etc.

No caso do GPS, os sinais são polarizados circularmente à

direita.

A observável fase de batimento da onda portadora depende da

orientação mútua das antenas do satélite e receptor.

ROTAÇÃO DE FASE - FASE WIND-UP

Qualquer rotação de uma das antenas (satélite ou receptor)em torno de seu próprio eixo mudará a fase da ondaportadora;

Este efeito é chamado de fase wind-up;

Em geral, a antena do receptor mantém sua orientaçãovoltada para uma direção, geralmente, o Norte.

Mas, a antena do satélite submete-se a lentas rotaçõesdependendo da direção dos seus painéis solares, os quais sãoorientados em relação ao Sol.

Assim, ocorrem alterações na geometria estação-satélite.

No período em que o satélite entra ou sai da sombra da Terra(eclipses), ocorre o giro do meio dia ou da meia noite (noon andmidnight turn) para reorientar os painéis solares e esse fatotambém provoca rápidas rotações, os quais também afetam afase portadora coletada.

ROTAÇÃO DE FASE - FASE WIND-UP

Posicionamento Relativo - A correção da fase windup,

geralmente, é negligenciada com aplicação das duplas

diferenças.

PPP - os efeitos são significantes podendo alcançar metade

de um comprimento de onda.

A negligência da correção da fase windup para o PPP ao se fixar

as órbitas e erro dos relógios dos satélites pode resultar em erros

da ordem de decímetros no posicionamento.

Desde 1994, a maioria dos centros de análises do IGS aplica

essa correção na determinação de órbitas, erro dos relógios

dos satélites e produtos combinados (MARQUES, 2012).

PROPAGAÇÃO DO SINAL

PROPAGAÇÃO DO SINAL

PROPAGAÇÃO DO SINAL

Na propagação dos sinais, dos satélites até os receptores,

eles atravessam uma atmosfera dinâmica:

Atravessam diversas camadas;

Sofrem diferentes influências;

Provocando variações na direção e velocidade de propagação,

além de alterarem a polarização e potência do sinal.

As camadas onde ocorrem os principais fenômenos de

interesse para posicionamento GNSS são:

Troposfera;

Ionosfera;

Cada uma com características muito diferentes.

PROPAGAÇÃO DO SINAL

No que concerne à divisão entre troposfera e ionosfera,

existem diferentes definições com relação à altitude dessas

camadas.

Troposfera – vai da superfície terrestre até aproximadamente 50

km;

Ionosfera – vai de aproximadamente 50 até1000 km.

TROPOSFERA

Definição: A troposfera é a camada compreendida entre a

superfície terrestre e até aproximadamente 50 km de altura.

Sua influência na propagação dos sinais GNSS varia em função

do ângulo de elevação do satélite e da densidade da

atmosfera;

Sapucci (2001)

TROPOSFERA

Entre os efeitos causados pela troposfera pode-se citar:

Atenuação atmosférica

Diminuição da potência da onda eletromagnética, exercida peloselementos que constituem a atmosfera.

GNSS - não utilizar obs. abaixo de ângulo de elevação de 5º.

Cintilação troposférica

Oscilação na amplitude da onda eletromagnética, causada porirregularidades e variações bruscas no índice de refratividadetroposférica.

GNSS - não utilizar obs. com ângulo de elevação baixos.

Atraso troposférico

O atraso troposférico é o gerado pela influência da atmosferahidrostática (seca) e úmida;

Gera erros nas observações GNSS em escalas maiores e, porisso, deve ser tratado de forma adequada

TROPOSFERA

Para a frequência dos sinais GNSS, o atraso troposfériconão depende da frequência, ou seja, a troposfera é um meionão dispersivo;

A influência da troposfera nas medidas GNSS é expressa emduas componentes:

Componente úmida - depende da quantidade de vapor d’águana atmosfera e é difícil de modelar. Mas ela é responsável porapenas 10% da refração troposférica total.

Componente Seca ou Hidrostática - É precisamente descritapor modelos.

Os erros causados pelas componentes úmida e seca no zênitepodem alcançar 0,35 m e 2,3 m, respectivamente,aumentando aproximadamente 10 vezes próximo ao horizonte(10° de elevação) (SEEBER, 2003).

Até aproximadamente 30m no horizonte.

TROPOSFERA

Monico (2008)

TROPOSFERA

O atraso troposférico pode ser aproximado como a soma dos

efeitos das componentes hidrostática e úmida.

TROPOSFERA

Em geral, cada uma das componentes é expressa como o

produto do atraso zenital (vertical) com uma função de

mapeamento.

Função de mapeamento - relaciona o atraso vertical com o

atraso para outros ângulos de elevação (E).

TROPOSFERA

Atraso Troposférico

TZH representa o atraso zenital da componente hidrostática;

TZW representa o atraso zenital da componente úmida;

mh(E) e mw(E) são, respectivamente, as funções de mapeamento

que relacionam o atraso das componentes hidrostática e úmida

com o ângulo de elevação (E).

TZH e TZW são obtidos com modelos troposféricos;

mh(E) e mw(E) são obtidos com funções de mapeamento.

)(.)(. EmwTEmhTT ZWZH

s

r

s

rT

TROPOSFERA - MODELOS

Um dos modelos empíricos mais conhecidos é o de Hopfield

(SEEBER, 2003).

Existem outros modelos empíricos, como por exemplo o de

Saastamoinen.

TROPOSFERA - MODELOS

Previsão Numérica do tempo – PNT

Brasil – Modelo Disponibilizado pelo CPTEC/INPE

Para baixar os dados, acesse

o site:

http://satelite.cptec.inpe.br/zenital/

TROPOSFERA - MODELOS

TROPOSFERA - MODELOS

Hopfield

PNT

TROPOSFERA - MODELOS

Também existe o modelo de PNT do ECWMF.

http://mars.hg.tuwien.ac.at/~ecmwf1/

Basta acessar o site que os arquivos estão disponíveis 4

vezes ao dia.

TROPOSFERA – TESTES ETA15KM

Observe que alguns modelos da troposfera já dispõe de uma

função de mapeamento, quer seja implícita, ou explícita.

TROPOSFERA – FUNÇÕES DE MAPEAMENTO

TROPOSFERA – FUNÇÕES DE MAPEAMENTO

Marini Chao

Davis Herring

Várias funções de mapeamento têm sido desenvolvidas nos últimos 20 anos

Essa função é acurada apenas para altos ângulos de elevação

A função de mapeamento mais simples é dada por 1/sen(E)

Essas funções têm sua acurácia limitada devido à

dependência da temperatura da superfície terrestre

NiellAs únicas informações requeridas são o dia do

ano e as coordenadas da estação

IMF

VMF

Empregam previsão numérica do tempo

GMFOs coeficientes foram obtidos de uma expansão

dos parâmetros da VMF1 em harmônicos esféricos

em uma grade global

3101

1

1

111

1

H

cEsen

bEsen

aEsen

c

b

a

Esen

cEsen

bEsen

aEsen

c

b

a

Em

ht

ht

ht

ht

ht

ht

h

h

h

h

h

h

h

w

w

w

w

w

w

w

cEsen

bEsen

aEsen

c

b

a

Em

1

1

1

Niell

TROPOSFERA – FUNÇÕES DE MAPEAMENTO

Chao

Tabela com

os valores

de a, b e c

017,0)(

00035,0)sen(

1)(

0445,0)(

00143,0)sen(

1)(

EtgE

Em

EtgE

Em

W

H

Função de Mapeamento Recomendada – VMF1

TROPOSFERA – FUNÇÕES DE MAPEAMENTO

http://mars.hg.tuwien.ac.at/~ecmwf1/

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - CURIOSIDADES

TROPOSFERA - TRABALHO

Escolher três modelos troposféricos e calcular o atraso

troposférico seco, úmido e total, variando de 0 a 90 graus de

elevação – fazer gráfico. Apresente a diferença entre os

diferentes modelos.

Escolher 2 estações da RBMC e calcular ZHD (componente

seca) e ZWD (componente úmida), usando os mesmos

modelos, dia úmido e seco.

Fazer relatório.

Entrega: 13/nov.

IONOSFERA

Definição: Região da atmosfera onde existem íons e elétrons

em quantidade suficiente para afetar a propagação de ondas

de rádio.

A ionosfera é a camada compreendida entre

aproximadamente 50 km e 1000 km de altura.

A refração ionosférica depende da frequência do sinal GNSS.

Efeito diferente para cada frequência.

Pode aumentar até 3 vezes próximo ao horizonte.

O efeito ionosférico é proporcional ao TEC (Total Electron

Contents – Conteúdo Total de Elétrons),

Número de elétrons presentes ao longo do caminho percorrido

pelo sinal entre o satélite e o receptor.

IONOSFERA

O TEC sofre diversos tipos de variação:

Variação diurna;

Variação sazonal;

Localização Geográfica;

Atividade solar - ciclo de 11 anos e explosões solares;

Anomalias e Irregularidades - Anomalia Equatorial, bolhas,

cintilação.

A cintilação pode fazer com que o receptor perca o sinal.

IONOSFERA

Variações diurnas – causadas por mudanças que ocorrem

em algumas regiões da ionosfera, que desaparecem à noite.

Ocorrem principalmente devido à radiação solar.

No Brasil, seu valor máximo ocorre por volta das 14h local e ao

por do sol.

IONOSFERA

Variação Sazonal – As estações do ano influenciam na

variação da densidade de elétrons.

Mudança do ângulo zenital do Sol e da intensidade do fluxo de

ionização.

Matsuoka(2007):

Maiores valores: março, abril, setembro e outubro (equinócio);

Menores valores: junho, julho (solstício de inverno);

IONOSFERA

Localização Geográfica - tem forte influência na variação da

densidade de elétrons na ionosfera;

Altas latitudes - polos sul e norte - a ionosfera é extremamente

instável;

Região equatorial - alto nível de densidade de elétrons, e vários

fenômenos ocorrem nessa região;

Latitudes médias - consideradas relativamente livres das

anomalias ionosféricas.

IONOSFERA

Ciclos de longos períodos - ciclos de aproximadamente 11

anos.

Estão associadas às ocorrências de manchas solares, o aumento

de ionização é proporcional ao número de manchas.

As manchas solares são regiões mais frias e escuras que aparecem

na superfície do sol. O período de duração da mancha solar é

variável:

http://www.crh.noaa.gov/fsd/?n=sunspots

Imagem da superfície do Sol - manchas solareshttp://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml

IONOSFERA

Ciclos de longos períodos - Numero de manchas solares

http://sidc.oma.be/html/wolfaml.html

IONOSFERA

Campo Geomagnético - Próximo à superfície da Terra, o

campo magnético terrestre ou campo geomagnético, pode ser

aproximado a um dipolo não coincidente com o eixo de

rotação da Terra.

O campo magnético da Terra

exerce grande influência na

variação da densidade de elétrons.

O campo geomagnético controla o

movimento das partículas ionizadas

.

Qualquer perturbação no campo

geomagnético resultará em

modificações nas condições de

transporte do meio ionizado.

IONOSFERA

Após eventos solares, por ex. explosões solares, as linhas de

força do campo geomagnético podem ser comprimidas de

forma significativa, afetando o comportamento da ionosfera.

MAGNETOPAUSA

MAGNETOSFERA

IONOSFERA

Dependendo da intensidade da perturbação,

o limite da magnetopausa (linha de contorno

da magnetosfera) é comprimido, podendo

passar de 10 para 6 raios terrestres.

Índices Geomagnéticos –

Dados que pretendem descrever

a atividade geomagnética.

Exemplos:

DST

KPhttp://www.ngdc.noaa.gov/stp/geomag/kp_ap.html

http://www.swpc.noaa.gov/ftpdir/plots/kp/20120906_kp.gif

IONOSFERA

Explosões Solares

http://www.flickr.com/photos/gsfc/7936905134/in/set-72157631408160534/

IONOSFERA

Explosões Solares

IONOSFERA

Artigo “Fúria solar” http://viajeaqui.abril.com.br/materias/tempestade-solar-espaco-clima?foto=6&pw=2

De acordo com a Nasa, a Estação Espacial Internacional perde mais de 300 metros por dia emaltitude quando há muita atividade solar.

IONOSFERA

Artigo “Fúria solar”

“uma enorme explosão eletromagnética que arremessoubilhões de toneladas de partículas carregadas de eletricidadeem direção à Terra. Quando essa onda invisível se chocoucom o campo magnético de nosso planeta, ela provocou umsúbito aumento nas correntes elétricas das linhas detelegrafia”

“O impacto interrompeu o serviço em vários postos, mas emoutros locais os telegrafistas constataram que podiam desligaras baterias e retomar as operações usando apenas aeletricidade geomagnética. “Estamos funcionando só com acorrente fornecida pela aurora boreal”, comunicou-se umtelegrafista de Boston com outro, em Portland, no estado doMaine”

http://viajeaqui.abril.com.br/materias/tempestade-solar-espaco-clima?foto=6#6

IONOSFERA

Anomalia Equatorial

Efeito fonte – Movimento de elevação do plasma na região

equatorial e posterior descida ao longo das linhas do campo

geomagnético até baixas latitudes.

Nome dado devido a similaridade do movimento de uma fonte,

chafariz, de água (MATSUOKA, 2007).

Uma consequência da combinação dos movimentos de subida e

descida do plasma é que dois picos de ionização são formados

nas regiões subtropicais ao norte e ao sul do equador

geomagnético, entre 10º e 20º de latitude.

No equador geomagnético a ionização fica menos intensa.

Tal distribuição latitudinal de ionização é denominada de

anomalia equatorial.

IONOSFERA

Anomalia Equatorial

IONOSFERA

Bolhas ionosféricas ou bolhas de plasma - São regiões de

densidade de plasma muito baixas, quando comparadas com

o plasma em suas vizinhanças.

Originam-se após o por do sol e podem apresentar dimensões de

centenas de quilômetros (Material INPE).

IONOSFERA

a) Dois ciclos solares completos: período de 22 anos, 1977-1998 (934 noites de

observação);

b) Período de alta atividade solar, 1978-1982, 1988-1992 (442 noites; número de

manchas solares médio 129.9);

(c) Período de baixa atividade solar, 1977, 1983-1987 e 1993-1998 (492 noites;

número de manchas solares médio 33.1).

Ocorrência de bolhas em

Cachoeira Paulista detectadas por

fotômetro de varredura all sky

(Sobral et al., 2002);

Material INPE

Bolhas ionosféricas

IONOSFERA

Cintilação - flutuações da amplitude ou fase de uma onda de

rádio, resultado da sua propagação através de uma região na

qual existem irregularidades na densidade de elétrons;

A cintilação causa enfraquecimento no sinal recebido pelos

receptores GNSS, fazendo com que ocorra em muitos casos, a

perda do sinal.

Os fenômenos de cintilação ocorrem com maior frequência

nas regiões de altas latitudes e equatorial.

As bolhas ionosféricas aumentam a incidência da cintilação

ionosférica.

IONOSFERA

Cintilação – serviço de monitoramento

http://scintillations.cls.fr/index.html

IONOSFERA

Cintilação

IONOSFERA

Cintilação – Projeto Cigala/calibra – Ferramenta

Março/12

Junho/12

http://200.145.185.118/cigala/

IONOSFERA

Modelagem: Através de algumas manipulações (MONICO,

2008) chega-se que para a fase da onda portadora a refração

ionosférica é dada por:

Para o código:

Vários modelos têm sido desenvolvidos para estimar a

densidade de elétrons.

Mas, é difícil encontrar um que estime o TEC com precisão

adequada aos levantamentos geodésicos de precisão.

TEC f

40,3 - = I

2

s

r

TEC f

40,3 = I

2

s

r

IONOSFERA

Efeito do atraso de propagação, devido à ionosfera sobre as distâncias medidas

com observações de uma frequência, e erros residuais para observações de

dupla frequência (SEEBER, 2003)

Efeito sistemático máximo devido à ionosfera na direção da vertical

Ion-Free

IONOSFERA

Eliminação dos efeitos de Ionosfera

Observável Ion Free – Dados de dupla frequência. Elimina os

efeitos de primeira ordem da ionosfera.

A eliminação dos efeitos da ionosfera é a maior vantagem para quem

utiliza receptores GNSS de dupla frequência em levantamento de

bases longas (maiores que 20 km).

Mas os efeitos residuais ainda permanecem na combinação linear

resultante, pois simplificações são realizadas nos modelos.

Para usuários de simples frequência a ionosfera é a maior

fonte de erros.

No posicionamento relativo, sobre distâncias curtas (até aprox.

20 km), a maioria dos erros é reduzida.

Para linhas de base maiores existe a necessidade de

empregar modelos.

IONOSFERA

Modelos

Klobuchar – pode remover algo em torno de 50% do erro da

ionosfera. Os coeficientes do modelo são transmitidos nas

mensagens de navegação dos satélites.

Mapas Globais da ionosfera – Disponíveis online pelo IGS;

http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/ionex1.pdf

Modelos Regionais da Ionosfera – Obtenção dos valores de

TEC a partir de dados GNSS de redes e estações de referência;

Ex: Mod-Ion (Camargo, 1999);

Excelente alternativa pois a realidade dos países é a criação e

densificação de redes de estações de referência.

IONOSFERA

Mapas em tempo real

http://iono.jpl.nasa.gov/latest_rti_global.html

IONOSFERA

http://www.inpe.br/scintec/pt/

PERDAS DE CICLO

Definição: A perda de ciclo (cycle slip) ocorre se o receptor

perde o sinal do satélite que está sendo rastreado.

Afetando a estimativa e solução das ambiguidades da fase da

onda portadora.

Quando ocorre perdas de ciclos, essas devem ser corrigidas ou

uma nova ambiguidade incógnita deve ser determinada no

processo de ajustamento dos dados.

Causas - A obstrução do sinal GNSS é a principal causa da

ocorrência de perda de ciclos.

Relacionada à presença de prédios, árvores e montanhas nas

proximidades da estação que está sendo rastreada.

PERDAS DE CICLO

Mas, as causas das perdas de ciclos não estão restritas ao

bloqueio do sinal, outros fatores podem contribuir (Souza et

al., 2007):

Ruído do sinal, causado por multicaminho ou cintilação

ionosférica, por exemplo;

Sinais fracos, causados por interferência do sinal ou ângulo de

elevação baixo;

Falha no software do receptor, o que conduz a um

processamento incorreto do sinal.

Existem várias técnicas de mitigação das perdas de ciclos nas

observações GNSS;

Primeiro passo - localizar o instante em que ocorreu o salto, e

sua respectiva dimensão.

Souza et al. (2007) apresenta um método prático e eficaz para

correção de perdas de ciclos.

PERDAS DE CICLO

Métodos para localizar o instante em que ocorreu.

http://www2.fct.unesp.br/departamentos/cartografia/event

os/2007_II_SBG/artigos/A_025.pdf

PERDAS DE CICLO

Existem diversos métodos para corrigir as perdas de ciclo,dentre eles:

Modificar a MVC dos parâmetros quando ocorre uma perda deciclos.

Na prática, deve-se atribuir um valor grande a variância da DD deambiguidades que envolve o satélite em que ocorreu a perda de ciclosna MVC.

Introduzir uma nova DD de ambiguidades na mesma época emque a perda de ciclos for detectada.

Entretanto, caso ocorram diversas perdas de ciclo, poderá serimpossível sua correção e, assim, o posicionamento poderáestar comprometido.

Melhor opção: Tentar evitar.

Para mais detalhes consulte:

SOUZA, E. M.; MONICO, J. F. G.; MACHADO, W. C. Avaliação de Estratégias de detecção ecorreção de Perdas de Ciclos na Portadora L1. In: Anais do II Colóquio Brasileiro de Geomática eV Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas. Presidente Prudente. 2007.

MULTICAMINHO

Definição: Além do sinal que chega diretamente a antena, o

receptor pode receber sinais refletidos em superfícies vizinhas

à mesma, tais como:

Construções, carros, árvores, massa d’água, cercas etc.

Reflexões também podem ocorrer no próprio satélite, mas é

menos frequente.

Quando ocorre multicaminho, o sinal chega ao receptor por

dois caminhos diferentes: um direto e um indireto.

os sinais recebidos no receptor podem apresentar distorções na

fase da onda portadora e na modulação sobre ela.

MULTICAMINHO

MULTICAMINHO

De acordo com Leick (1995):

O impacto nas medidas de fase é:

Erro máximo - aproximadamente um quarto do comprimento de

onda, ou seja, 4,8 cm para a portadora L1.

Na pseudodistância:

Comportamento similar a fase, mas a magnitude é várias vezes

maior;

Quanto maior a frequênciamenor será o erro máximo

MULTICAMINHO

Multicaminho para o código P é

menor que para o C/A

Está relacionado com a taxa de

transmissão dos códigos

Quanto maior a taxa de transmissão menor será o erro máximo

C/A: (1,023 MHz)

P: (10,23 MHz)

Quanto menor o ângulo de elevação, mais possibilidade de

ocorrer multicaminho.

MULTICAMINHO

Tipos de Reflexão (SOUZA, 2008):

Reflexão especular: proveniente da reflexão em uma

superfície suave (lisa);

Difração: proveniente de reflexões nas bordas e nos cantosdos objetos refletores;

Reflexão difusa: proveniente da reflexão em superfíciesrugosas, semelhante a várias reflexões especulares.

MULTICAMINHO

Receptor estacionário

Geometria muda lentamente

Parâmetros de multicaminho

essencialmente constantes por vários

minutos

Receptor em movimento

Geometria mudarapidamente

Flutuações rápidas em fração de

segundos

MULTICAMINHO

O multicaminho depende:

Modelagem muito difícil

Depende do local

do ângulo de elevação do satélite;

da refratividade do meio onde se posiciona a antena;

das características da antena;

do objeto refletor;

das técnicas utilizadas nos receptores para reduzir os sinais

refletidos.

MULTICAMINHO

Técnicas para atenuação:

Seleção de antenas construídas com base na polarização do

sinal GPS, o qual é polarizado circularmente à direita.

O sinal refletido uma única vez, dependendo do ângulo de

incidência, será polarizado à esquerda.

Em tese, todos sinais polarizados à esquerda seriam rejeitados pela

antena.

Mas, isso não ocorre na prática. Apenas parte dos sinais

polarizados à esquerda é atenuada.

Essa técnica deve então ser utilizada em conjunto com outras

proteções, como por exemplo o uso de antena choke rings.

1/4 comprimento de onda

Também existe a tecnologia

pinwheel - com performance

similar às antenas choke ring

(KUNYSZ, 2001).

MULTICAMINHO

Técnicas para atenuação (SOUZA, 2008):

Arranjo de várias antenas;

Estratégia de localização de antena;

Calibração de estações;

Métodos de processamento no receptor;

Métodos de processamento dos dados.

MULTICAMINHO

Fatores indicadores do Multicaminho:

MP1 e MP2(teqc)

Repetibilidade em dias consecutivos GPS tem período de 12h siderais ( 4min de variação)

21112111

2

1

21

1

2

1

211

MMBMPDMP PDLLL

21222121

2

1

2

1

2

1

22

MMBMPDMP PDLLL

MULTICAMINHO

Estação BRAZ

MP1 e MP2 obtidos com o

TEQC

http://facility.unavco.org/soft

ware/teqc/teqc.html

Alves et al. 2013

MULTICAMINHO

Time

BR

AZ

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F FR+A

Time

BR

AZ

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F FR+A

Time

PO

AL

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+AA R

Time

PO

AL

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+AA R

Time

PO

LI

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A

Time

PO

LI

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A

Time

PP

TE

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

F R R+AF

Time

PP

TE

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

F R R+AF

Time

RE

CF

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A F R+A

Time

RE

CF

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A F R+A

Time

VIC

O

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F R+A R+A

Time

VIC

O

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F R+A R+A

UB

ER

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

UB

ER

2006 2008 2010 20120.0

1.5

VICO

Time

BR

AZ

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F FR+A

Time

BR

AZ

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F FR+A

Time

PO

AL

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+AA R

Time

PO

AL

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+AA R

Time

PO

LI

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A

Time

PO

LI

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A

Time

PP

TE

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

F R R+AF

Time

PP

TE

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

F R R+AF

Time

RE

CF

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A F R+A

Time

RE

CF

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

R+A F R+A

Time

VIC

O

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F R+A R+A

TimeV

IC

O

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5 R+A F R+A R+A

UB

ER

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

UB

ER

2006 2008 2010 2012

0.0

1.5

MP1 MP2

Ocorrência de 2 picos por ano Grande parte das estações

UFPR – 2008/1012

MULTICAMINHO

Comportamento comum em muitas estações

Motivo??

TRABALHO

Selecionar 3 estações da RBMC e calcular os índices MP para

10 dias de junho e outubro. Tentar correlacionar com os efeitos

ionosféricos.

Analisar o MP durante diferentes horários do dia.

Data de Entrega: 20/nov

ROTAÇÃO DA TERRA

Definição: Ocorre a rotação da Terra desde o instante de

transmissão do sinal pelo satélite até o instante de recepção

no receptor.

O cálculo das coordenadas do satélite deve ser feito para o

instante de transmissão do sinal e num sistema de

coordenadas fixo a Terra.

É necessário efetuar a correção do movimento de rotação da

Terra;

Visto que durante a propagação do sinal, o sistema de

coordenadas terrestre rotaciona com relação ao satélite,

alterando suas coordenadas.

Esse efeito também é conhecido como Sagnac.

ROTAÇÃO DA TERRA

Marques (2012)

ROTAÇÃO DA TERRA

Correção (MONICO, 2008):

As coordenadas originais do satélite devem ser rotacionadas

sobre o eixo Z de um ângulo , definido como o produto do tempo

de propagação pela velocidade de rotação da Terra.

sendo X’, Y’ e Z’ as coordenadas originais do satélite, e X, Y e Z

as corrigidas.

'

'

'

100

01

01

Z

Y

X

Z

Y

X

ew

RECEPTOR/ANTENA

ERRO DO RELÓGIO DO RECEPTOR

Definição - Os receptores GNSS são normalmente equipados

com osciladores de quartzo, os quais possuem boa

estabilidade interna e são de custo relativamente baixo.

Cada receptor possui a sua própria escala de tempo, definida

pelo seu oscilador interno, a qual difere da escala de tempo

GNSS.

Alguns receptores possuem osciladores altamente estáveis,

podendo também aceitar padrões externos de tempo.

São equipamentos de custo elevado, normalmente utilizados em

redes de alta precisão.

Posicionamento relativo - os erros dos relógios são

praticamente eliminados.

Posicionamento por ponto - os erros dos relógios dos

receptores devem ser estimados em cada época.

ERRO ENTRE CANAIS

Definição – Quando o receptor possui mais que um canal.

Pode ocorrer erro sistemático entre os canais, pois o sinal decada satélite percorrerá um caminho eletrônico diferente.

Atualmente a maioria dos receptores geodésicos possuicanais múltiplos, e cada um deles registra os dados de umsatélite particular, resultando nesse tipo de erro (MONICO,2008).

Para corrigi-lo, o receptor dispõe de dispositivo que realizauma calibração no início de cada levantamento.

Posicionamento relativo – os efeitos residuais sãopraticamente eliminados.

Posicionamento por ponto - Recomenda-se incluir o efeitoresidual como parâmetro a ser estimado (SEEBER, 1993).

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

Definição - O centro de fase eletrônico da antena (ponto

virtual onde as medidas dos sinais são referenciadas)

geralmente não coincide com o centro mecânico da antena.

Não é possível acessar diretamente o centro de fase (usando

uma trena por ex), assim é necessário conhecer a relação

entre o centro de fase e um ponto de referência na antena que

seja acessível às medidas.

Em geral, esse ponto é o ARP (Antenna Reference Point);

Através do ARP relaciona-se a posição determinada com o GNSS

e a marca de referência num monumento geodésico.

http://hayeshelp.com/gps/documents/topcon/HiPerGdGgd_om_REVB.pdf

O problema maior é que o centro de fase não é estável.

Ele varia com a intensidade e direção (elevação principalmente e

azimute) dos sinais;

É diferente para cada uma das portadoras (L1 (cfL1), L2 (cfL2), e

L5 (cfL5) no caso do GPS).

Para levantamentos de alta precisão, todas as antenas

envolvidas no projeto devem ser calibradas.

Os parâmetros de calibração proporcionam a relação entre o

ARP e o centro de fase.

Essa relação é usualmente parametrizada em função:

Deslocamento do centro de fase em relação ao ARP (PO - phase

offset );

Variação do centro de fase (PCV – Phase center variation).

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

MONICO (2008)

A partir de 30/06/96, o IGS passou a aplicar essas correções

na geração de seus produtos (http://igscb.jpl.nasa.gov/mail/igsmail/2005/msg00111.html), e

o procedimento adotado tem-se tornado um padrão geral.

Uma das organizações envolvidas com a calibração de

antenas tem sido o NGS.

Detalhes em http://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL/.

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

Inicialmente - calibração relativa.

Todas as antenas eram calibradas com respeito à antena DorneMargolin;

Como todas as antenas eram calibradas com respeito a umamesma antena, no processo de diferenciação das observáveis oPO e o PCV da antena de referência são cancelados.

Esta técnica fica limitada pelo comprimento da linha base.

No processo de calibração assume-se que as observações para cadasatélite são realizadas com o mesmo ângulo de elevação a partir decada uma das antenas.

O uso de antenas de mesmo fabricante e modelos iguais devereduzir o problema nas aplicações mais comuns do GNSS,pois as discrepâncias devem ser praticamente iguais.

Basta que todas as antenas sejam orientadas numa mesmadireção.

Ao realizar a diferenciação das observáveis, os efeitos sãopraticamente cancelados (SEEBER, 2003).

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

A partir de Out/2006, com a adoção do ITRF2005 pelo IGS, a

recomendação passou a ser pela adoção da calibração

absoluta (http://igscb.jpl.nasa.gov/mail/igsmail/2006/msg00161.html).

Essa mudança advém de vários estudos realizados no decorrer

do período em que se utilizam calibração relativa, conforme

consta em (http://igscb.jpl.nasa.gov/mail/igsmail/2005/msg00111.html) e

que apontavam alguns problemas.

O princípio de calibração absoluta de antenas GPS foi

apresentado em Wübbena et al. (1997; 2000).

O método também é conhecido como IfE/GEO++, em razão da

parceria entre o instituto de Geodésia e Levantamentos (IfE) da

Universidade de Hannover e a empresa Geo ++.

Um serviço de calibração de antenas vem sendo oferecido pela

empresa Geo++, podendo a calibração ser realizada em tempo real.

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

Calibração absoluta - A ideia

básica do método é a eliminação

dos efeitos de multicaminho.

Coletando dados em dias

consecutivos ou usando um robô de

alta precisão que rotaciona e inclina

a antena a ser calibrada.

Observações de uma antena

instalada nas proximidades do robô

são utilizadas para eliminar erros

dependentes da distância.

São obtidos valores absolutos de

PCV, os quais são dados em função

do ângulo de elevação e azimute do

satélite.

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

www.geopp.de/media/docs/AOA_DM_T/index.html

As correções, em função do ângulo de elevação, devem ser

aplicadas nas observações em cada época do processamento.

O IGS disponibiliza um arquivo contento os parâmetros de

calibração absoluta de um grande número de antenas,

inclusive dos satélites GPS.

O arquivo é denominado igs_05.atx.

ftp://ftp.igs.org/pub/station/general/

Softwares científicos como Bernese, Gipsy utilizam os

arquivos de centro de fase absoluto.

CENTRO DE FASE DA ANTENA DO RECEPTOR

Os Temas:

Atraso entre as duas portadoras no hardware do receptor

e

Fase Wind-up

Já foram abordados

ESTAÇÃO

ESTAÇÃO

Em relação a estação podem comparecer:

Erros presentes nas coordenadas da estação base.

Principalmente no caso em que elas são fixadas no processamento.

Variações:

Resultantes de fenômenos geofísicos que tenham ocorrido durante o

período de coleta das observações;

Essas variações podem afetar as coordenadas das estações

envolvidas no levantamento.

Obs: Embora o erro devido ao multicaminho tenha sido

apresentado dentro dos erros relacionados com a propagação

do sinal, ele também depende da localização da estação.

ERROS NAS COORDENADAS DA ESTAÇÃO

Posicionamento relativo - um ponto deve ter suas

coordenadas injuncionadas no processamento.

Coordenadas “conhecidas”;

Erro nas coordenadas do ponto de partida irá ser propagado para

as coordenadas dos pontos determinados a partir dele.

Esses erros podem ser devidos a:

Valores incorretos de coordenadas: leitura, digitação, informação,

origem;

Transformação incorreta entre sistemas de referência;

Não atualização das coordenadas.

MARÉS TERRESTRES

Definição - Deformação da crosta da Terra, devido às forças

de maré (Sol e Lua), é denominada marés terrestres (Earth

Body Tides).

As marés terrestres têm comportamento bastante suave ao longo

da superfície terrestre.

Só podem ser medidas a partir de observações de sistema de

satélites ou gravímetros de alta sensibilidade.

Posicionamento Relativo - são geralmente desprezadas;

Posicionamento por ponto preciso (PPP) - os efeitos das

marés terrestres devem ser considerados.

Próximo ao equador, em razão das marés terrestres, a

superfície desloca-se quase 40 cm durante um período de 6

horas.

MOVIMENTO DO PÓLO

Definição: O movimento do pólo é a rotação do pólo celeste

verdadeiro (eixo de rotação instantâneo) em relação ao pólo

de um sistema de referência convencional fixo a Terra.

Esse movimento é causado por variações na distribuição de

massa da Terra e de sua atmosfera.

O movimento do pólo ocasiona uma variação das

coordenadas das estações.

Pode atingir até 25 mm na componente radial, e não se cancela

quando se aumenta a duração da sessão.

Posicionamento relativo - é praticamente eliminado.

Os valores do xp e yp referentes ao movimento do pólo são

disponibilizados no site do IERS.

http://www.iers.org

MOVIMENTO DO PÓLO

https://datacenter.iers.org/eop/-

/somos/5Rgv/plotname/6/BulletinA_ALL_X_Y_PLAN.jpg

CARGA DOS OCEANOS

Definição - Carga que as marés oceânicas exercem sobre a

crosta terrestre.

Produz deslocamentos periódicos sobre a superfície

OTL - ocean tide loading.

Efeito (MONICO, 2008):

Pode alcançar cerca de 10 cm na componente vertical;

Em regiões afastadas da costa esse valor decresce;

Pode alcançar cerca de 1 cm para uma distância oceano-estação da

ordem de 1.000 km.

Modelos:

Disponível na internet

http://www.oso.chalmers.se/~loading/

Rotina em Fortran: ftp://tai.bipm.org/iers/convupdt/chapter7/

CARGA DA ATMOSFERA

Definição: Variações da distribuição da massa atmosférica,

que podem ser inferidas a partir da medida de pressão da

atmosfera, induzem deformações sobre a crosta,

principalmente na direção vertical.

Estudos teóricos, apontam para deslocamento vertical de até

25 mm (MONICO, 2008).

A maioria dos programas para processamento de dados

GNSS ainda não apresenta modelos para correções desta

natureza, mesmo os de natureza científica.