Parte teórica - Departamento de Geomática

UFPR
Ministério da Educação
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
SETOR DE CIÊNCIAS DA TERRA
DEPARTAMENTO DE GEOMÁTICA
EVENTO DE EXTENSÃO
UNIVERSITÁRIA
ERROR SOURCES IN HIGHLY PRECISE
GPS POSITIONING
Prof.a. Dra. Cláudia P. Krueger
Laboratório de Geodesia Espacial
Curso de Pós-graduação em Ciências Geodésicas
Departamento de Geomática
Março de 2004
Parte Pratica
1) Processamento de dados coletados visando a realização de algumas investigações ;
2) Analise dos resultados obtidos;
3) Verificação da qualidade dos Dados Coletados;
4) Apresentação de alguns exemplos práticos
1) Formato dos Dados Brutos:
a) Receptores Ashtech Z-XII
Formato: B_ _ _ _ _ S AA .DDD, E_ _ _ _ _ S AA .DDD e S_ _ _ _ _ S AA .DDD
b) Receptores Trimble 4000
Formato: _ _ _ _ S DDD .DAT, _ _ _ _ S DDD .EPH, _ _ _ _ S DDD .ION
e _ _ _ _ S DDD .MES.
Observação: Os dados coletados em campo são em linguagem de maquina, sendo
possível ler os arquivos S*.DDD (Ashtech) e *DDD.MES (Trimble)
2) Programa GPS Comercial PRISM.
O programa GPS comercial PRISM II
TM
(Ashtech Precision GPS Surveying
Software) permite a preparação dos dados brutos, o processamento e o ajustamento deles.
Iniciamente, procede-se à transferência dos dados do receptor para o computador através do
subprograma ou modulo HOSE; posteriormente, introduz-se por exemplo a altura da
antena, a máscara de elevação, e a estação de referência. É possível trabalhar com dados
estáticos, pseudocinemáticos, estáticos rápidos e cinemáticos, além de permitir realizar um
processamento automático ou manual. Esse módulo permite a visualização gráfica ou
tabular da qualidade dos resultados. Para aplicações em navegação precisa, deve-se recorrer
ao módulo PNAV, o qual combina os dados de dupla-freqüência e aplica a técnica OTF.
Com os módulos FILLNET e SNAP, pode-se realizar o ajustamento da rede para as linhas
de base levantadas. Esse programa ainda apresenta outros módulos auxiliares para
transformações, assim como sistema de projeções. Para maiores detalhes consultar manual
técnico do programa PRISM IITM (1994).
É de fundamental importância a organização dos dados brutos em diretórios quando
se almeja obter sucesso no processamento destes dados. Um forma de organização pode ser
realizada pelo dia GPS em que ocorreu o levantamento.
Com estes dados devidamente organizados pode-se entrar no programa Prism.
a) Na tela inicial do programa verifica-se a indicação Diretory. Deve-se indicar em qual
diretório encontram-se os dados brutos, devidamente organizados. Também pode-se
realizar algumas indicações de diretórios pelo modulo Database. O inicio do
processamento se da pelo modulo Process. Acionado este botão verifica-se que aparece
uma nova janela composta de outros submódulos. Percebe-se duas possibilidades de
processamento: pelo modo automático (Automatic) ou pelo modo manual (Manual).
Verifica-se também que o tipo do levantamento (Survey Type) realizado deve ser
indicado, o qual pode ser estático (Static), Pseudocinemático (Pseudo) ou Cinemático
(Kinematic). Um outro modulo a ser acionado, nesta etapa, é a edição do projeto (Edit
Project). Nele devem ser editados algumas informações dos dados do levantamento
como, por exemplo: a altura da antena, as coordenadas conhecidas geodésicas da
estação base.
b) Edit Project
Como cita-se anteriormente os itens a serem editados são :
I.
estação participante do processamento,
II.
altura da antena,
III.
coordenadas conhecidas geodésicas da estação base e
IV.
índice K.
No item I deve-se indicar apenas (Y) se a estação esta participando do
processamento e com (N) se ela não participa.
A altura da antena deve ser corretamente indicada nesta etapa, principalmente
quando se visa alta precisão nos posicionamentos GPS. Cabe aqui ressaltar que a altura
da antena medida é geralmente inclinada (SLANT) e se for inserido este valor deve-se,
indicar corretamente o raio da antena e os seus offsets. Outra possibilidade é corrigir a
priori a altura da antena para uma medida vertical e inserir diretamente este valor,
devendo-se corrigir com relação ao ARP ou Centro de Fase L1/L2 ou Centro de Fase
L1, a escolha ocorre em fase do que se deseja. Neste caso deve-se verificar se o valor
do raio da antena e offsets são iguais a zero no edit site list.
O item III requer que sejam inseridas as coordenadas geodésicas da estação base, e
elas devem ser precisas visando não se propagar o erro para as demais estações
relativas. Normalmente entra-se com estas coordenadas no sistema de referencia WGS84.
O índice K pode assumir valores de 0 a 9. Estes valores indicam a precisão da
estação base e seguem os valores indicados na tabela 01. Percebe-se que
Tabela 01
Valor K
Significado
0
RMS = 0
1
0 < RMS ≤ 0,01 m
2
0,01 m < RMS ≤ 0,05 m
3
0,05 m < RMS ≤ 0,1 m
4
0,1 m < RMS ≤ 0,5 m
5
0,5 m < RMS ≤ 1 m
6
1 m < RMS ≤ 5 m
7
5 m < RMS ≤ 10 m
8
10 m < RMS ≤ 200 m
9
RMS > 200 m
Deve-se nesta etapa verificar se as estações envolvidas no processamento possuem a
mesma sessão (S). Se assim não o for deve-se alterar para o mesmo valor visando a
compreensão por parte do programa Prism.
c) Processamento Automatico
Neste submodulo o programa realiza o processamento da linha de base
automaticamente. Didaticamente prefere-se que o usuário recorra ao processamento
manual. Contudo aconselha-se a sua realização visando posterior comparação dos
resultados.
d) Processamento Manual
Nesta etapa pode-se acompanhar passo a passo o processamento. Segue-se as etapas
a serem desenvolvidas pelo programa para a geração dos resultados. Na figura 02
apresenta-se as funções a serem seguidas quando o processamento tipo estático for
utilizado.
Figura 02 – Processamento Manual – Processamento Tipo Estático
Na função COMNAV os arquivos brutos das efemérides coletados em cada uma das
estações envolvidas serão lidos e as informações serão escritas em um arquivo denominado
*.NAV. Pode-se indicar o nome que se desejar ou aceitar COMMON.NAV sugerido pelo
programa. Na janela aberta quando da seleção desta função verifica-se ainda a possibilidade
em se omitir satélites, gerar um arquivo asc com as informações e imprimir o arquivo.
Deve-se ainda indicar as estações envolvidas no campo denominado Files. Concluída estas
operações deve-se clicar em Execute.
A seguir segue-se as flechas e se passa para a função MAKEUFIL. Nesta etapa
devem ser selecionados os arquivos com os dados brutos das estações envolvidas no
processamento. O nome do arquivo *.NAV deve ser indicado. Nos demais itens pode-se
empregar o Default ou modificar estas valores seguindo as informações contidas no manual
do programa em questão. Deve ser indicado o tipo de efemérides que está sendo utilizada,
as efemérides transmitidas (BCAST) ou as precisas no devido formato (SP3, EF18).
Também concluída esta etapa deve ser clicado no Execute. Cabe aqui ressaltar que esta
função ira processar os dados brutos de cada estação isoladamente, empregando o arquivo
com as informações de navegação, realizando tantas iterações quantas forem indicadas
gerando a priori uma nova coordenada geodésica para cada uma das estações envolvidas no
processamento.
Retornando-se a tela principal do processamento manual constata-se que a próxima
função consiste no Edit Site. Esta foi devidamente alterada no inicio do processamento,
mas e de fundamental importância verificar-se novamente os dados.
Com o Accept
indicado passa-se a outra função do processamento que consiste no Linecomp.
Na função Linecomp deve-se indicar inicialmente qual é a estação conhecida ou
base (Known Site)
e qual é a estação desconhecida (Unknown Site) bem como
denominando-se o arquivo de saída com o nome da linha de base e com a extensão do dia
GPS do levantamento de campo. Posteriormente deve-se escolher o tipo de combinação
linear a ser empregada no processamento, por exemplo:
WIDE LN : Wide lane, ou seja a combinação linear de L1 e L2;
L1: aplicando somente a L1;
LIC: aplicando somente a L1 mas somente na DDF flutuante.; e outras.
Torna-se ainda possível alterar alguns parâmetros como:
Epochs to Process Begin End: época de inicio e fim do levantamento;
Apply Trop. : aplicar o modelo troposférico;
Elevation Cut-Off angle: ângulo de elevação;
Maximun Iterations: máximo de iterações a serem aplicadas;
Measurement Percetage:
Omit these satellites: retirada de satélites;
Forbindedn Reference Sats: omissão de satélite com referência.
Após cada linha de base definida deve ser indicado Add . Definida as linhas de base
almejadas indica-se Execute. Mais alguns parâmetros podem ser alterados em Option.
Concluído estes processamentos os resultados são gerados listagens definidas pelo
programa. Existem duas listagem importantes com os resultados do processamento da linha
de base, sendo uma delas a resumida e a outra a extensa.
Na resumida verifica-se a indicação dos resultados para a DDF flutuante ( FLOAT
SOLUTION) e a DDF fixa (FIXED SOLUTION). Os parâmetros a serem analisados são:
RATIO, RMS, Desvios padrão em X, Y e Z (delta X, delta Y e delta Z) e a solução das
ambigüidades.
No exemplo apresentado verifica-se que o RATIO foi igual a 98,69 para a DDF
fixa, sendo superior ao indicado pelo manual do programa (> 95). O RMS é de 0,0077 m e
todos os deltas são inferiores ao centímetro. Constata-se que todas as ambigüidades foram
fixadas, ou seja houve a determinação de seus inteiros. O programa escolheu o satélite 11
como satélite de referencia para o calculo das DF. Também percebe-se que das 1061
medidas realizadas 1057 foram utilizadas no processamento desta linha de base.
Na lista de saída extensa verifica-se todos os passos realizados pelo programa para a
geração das coordenadas geodésicas da estação desconhecida. Verifica-se que o programa
inicia por uma TDF, onde as incógnitas são apenas as coordenadas da estação
desconhecida. Os desvios são elevados em face da grande dependência matemática
existente entre as equações matemáticas. Cabe ressaltar que também é fornecida uma
matriz de correlação. Posteriormente ele passa a DDF flutuante, onde as incógnitas são as
três citadas anteriormente e mais as ambigüidades e posteriormente ele busca determinar os
inteiros das ambigüidades ou seja realiza a DDF fixa.
As soluções geradas podem ser visualizadas com a função VIEW.
LISTA RESUMIDA – PRISM – (formato do arquivo: O*.ASC)
PRISM
: 2.0.00
STATIC
- L1 ONLY
Processed: 03/10/04 11:02
PROJECT: GPS Survey
Year: 2004
Day: 050 Session: 1
Start: 11:59 Span: 16 min
Interval: 5.00 s
------------------------------------------------------------------------KNOWN Station:
RM02
STATION RM02
LAT : S 25 26 54.54422
Antenna Height:
Slant:
Radius:
Vert Offset:
Antenna Offset:
North:
East:
LONG : W 49 13 50.64762
| Met. Information:
0.000 m | Temp:
20.0(C)
0.000 m | Humidity:
50.0(%)
0.000 m | Pressure: 1010.0(mb)
|
0.000 m |
0.000 m |
|
|
|
|
|
|
|
ELLIP. HT:
924.459
Operator:
Receiver #: COM
Antenna #: ENT
Comment:
Receiver Log ID: 00
------------------------------------------------------------------------UNKNOWN Station: RM01
STATION RM01
Antenna Height:
Slant:
Radius:
Vert Offset:
Antenna Offset:
North:
East:
| Met. Information:
0.000 m | Temp:
20.0(C)
0.132 m | Humidity:
50.0(%)
0.000 m | Pressure: 1010.0(mb)
|
0.000 m |
0.000 m |
|
|
|
|
|
|
|
Operator:
Receiver #: COM
Antenna #: ENT
Comment:
Receiver Log ID: 00
------------------------------------------------------------------------FLOAT SOLUTION
|
FIXED SOLUTION
|
RMS: 0.0069 m
| RMS: 0.0077 m Lowest RATIO:98.69
Conv:0.0078 m 1056 o 1061 Meas Used| Conv:0.0004 m 1057 of 1061 Meas Used
|
LATITUDE:
S
25 26 53.32607
| LATITUDE:
S
25 26 53.32596
LONGITUDE:
W 049 13 51.33794
| LONGITUDE:
W 049 13 51.34221
ELLIP. HT:
925.228
| ELLIP. HT:
925.226
|
delta X:
-3.636 +/-0.263 | delta X:
-3.726 +/-0.010
delta Y:
-25.323 +/-0.230 | delta Y:
-25.401 +/-0.009
delta Z:
33.523 +/-0.124 | delta Z:
33.526 +/-0.008
|
BASELINE LENGTH:
42.169
| BASELINE LENGTH:
42.227
|
Reference SV: 11
| Reference SV: 11
SV
Amb.
Sigma
Fit(m) # Meas
| SV
Amb.
Sigma
Fit(m) # Meas
01
2.718
0.869
0.011
181
| 01
3.000
0.000
0.018
181
13 -6.324
1.362
0.057
164
| 13 -6.000
0.000
0.065
165
14 -3.370
1.792
0.037
170
| 14 -4.000
0.000
0.034
170
20
9.842
0.650
0.024
181
| 20
0.000
0.000
0.035
181
25 -9.416
1.432
0.024
181
| 25 -0.000
0.000
0.020
181
31 -9.127
0.872
0.047
179
| 31 -9.000
0.000
0.052
179
-------------------------------------------------------------------------
LISTA EXTENDIDA – PRISM – (formato do arquivo: L*.DDD)
PRISM
2.0.00 12/08/93
Common start of two UFILES: 2004/02/19 11:59:40.00
Common end
of two UFILES: 2004/02/19 12:15:40.00
Selected first epoch: 1
Selected last epoch: 193
For SV 1 there are
181 triple-difference measurements.
For SV 11 there are
181 triple-difference measurements.
For SV 13 there are
168 triple-difference measurements.
For SV 14 there are
169 triple-difference measurements.
For SV 20 there are
180 triple-difference measurements.
For SV 25 there are
181 triple-difference measurements.
For SV 31 there are
178 triple-difference measurements.
Epoch interval (seconds): 5.000000
THE TRIPLE DIFFERENCE SOLUTION (L1)
Measure of geometry: 0.014480
num_meas = 1057
num_used = 1057
Post-Fit Chisq = 4790.028
NDF
=
rms_resid = 0.003036(m)
2.447
Sigmax (m):
8.447055
Sigmay (m):
5.666166
Sigmaz (m):
3.151943
x
y
z
x 1.00
y 0.52y 1.00
z-0.60z 0.05z 1.00
del_station: 0.001309 0.001484 0.000492
Station1: STATION RM02
(00000)
(RM02)
Latitude: -25.44848451 -25 26 54.54422
E-Long : 310.76926455 310 46 9.35238
W-Long : 49.23073545 49 13 50.64762
E-Height: 924.4590
Baseline vector:
Mark1_xyz
Az1 El1 D1
E1 N1 U1
Mark2_xyz
Az2 El2 D2
E2 N2 U2
:
:
:
:
:
:
-3.7016
-25.2945
3763763.9896 -4365094.3204
332.74257
0.9396
-19.3210
37.5022
3763760.2880 -4365119.6149
152.74265
-0.9400
19.3211
-37.5022
Double-Difference
Prn:
1 Start
Prn: 11 Start
Prn: 13 Start
Prn: 14 Start
Prn: 20 Start
Prn: 25 Start
Prn: 31 Start
Epochs:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
13
13
26
25
14
13
13
End
End
End
End
End
End
End
Station2: STATION RM01
(00000)
(RM01)
-25.44814602 -25 26 53.32569
310.76907248 310 46 8.66094
49.23092752 49 13 51.33906
925.1510
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
epoch:
33.5662
-2724415.7319
42.1924
0.6920
-2724382.1658
42.1924
-0.6920
193
193
193
193
193
193
193
THE FLOAT DOUBLE DIFFERENCE SOLUTION (L1)
Measure of geometry: 0.000682
Wavelength = 0.190294 (m/cycle)
num_meas = 1061
num_used = 1056
rms_resid = 0.006904(m)
Post-Fit Chisq = 1977.160
NDF
=
2.444
Reference SV: 11
SV
Ambiguity
FIT
1
752402.718f 0.011
14
-3233033.370f 0.037
25
-865009.416f 0.024
Meas
181
170
181
SV
13
20
31
Ambiguity
-2104376.324f
332469.842f
-2700739.127f
FIT
0.057
0.024
0.047
Meas
164
181
179
Sigmax (m):
0.263461
Sigmay (m):
0.230150
Sigmaz (m):
0.124197
SigmaN (cy):
0.869131
SigmaN (cy):
1.362000
SigmaN (cy):
1.791927
SigmaN (cy):
0.650134
SigmaN (cy):
1.432497
SigmaN (cy):
0.872086
x
y
z
N
N
N
N
N
N
x 1.00
y 0.40y 1.00
z-0.46z-0.33z 1.00
N-0.90N-0.61N 0.74N 1.00
N-0.92N-0.40N 0.78N 0.97N 1.00
N 0.53N 0.98N-0.44N-0.74N-0.55N 1.00
N-0.83N 0.13N 0.09N 0.54N 0.64N-0.00N 1.00
N 0.83N 0.84N-0.46N-0.90N-0.77N 0.91N-0.41N 1.00
N-0.68N-0.36N 0.96N 0.88N 0.92N-0.50N 0.34N-0.61N 1.00
del_station: 0.003835 0.006728 0.000403
Station1: STATION RM02
(00000)
(RM02)
Latitude: -25.44848451 -25 26 54.54422
E-Long : 310.76926455 310 46 9.35238
W-Long : 49.23073545 49 13 50.64762
E-Height: 924.4590
Baseline vector:
Mark1_xyz
Az1 El1 D1
E1 N1 U1
Mark2_xyz
Az2 El2 D2
E2 N2 U2
:
:
:
:
:
:
-3.6360
Station2: STATION RM01
(00000)
(RM01)
-25.44814613 -25 26 53.32607
310.76907279 310 46 8.66206
49.23092721 49 13 51.33794
925.2277
-25.3226
3763763.9896 -4365094.3204
332.77304
1.0443
-19.2897
37.4904
3763760.3536 -4365119.6431
152.77313
-1.0447
19.2898
-37.4904
33.5226
-2724415.7319
42.1689
0.7687
-2724382.2094
42.1689
-0.7687
INTEGER FIXED DOUBLE DIFFERENCE (L1) SOLUTION
1
2
3
Abs Contrast
24.323
0.273
0.030
Contrast
98.690
99.832
Change Chi2
540.527
3300.222
4758.219
Bias S11: 1
752403
752404
752402
Bias S11:13
-2104376
-2104374
-2104378
4
0.001
99.997
7793.628
752402
-2104378
Bias S11:20
332470
Bias S11:25
-865010
Bias S11:31
-2700739
NDF=32.4000 Chi2=1977.1602
1
Abs Contrast
49.738
Contrast
Change Chi2
6.598
Bias S11:14
-3233034
NDF=37.4000 Chi2=2517.6867
332471
-865011
-2700738
332469
-865009
-2700740
2
0.000
100.000
93167.947
-3233035
3
0.000
100.000
96330.588
-3233033
332470
-865010
-2700741
rms_resid = 0.006899(m)
Sigmax (m):
0.008810
Sigmay (m):
0.008416
Sigmaz (m):
0.006833
x
y
z
x 1.00
y-0.53y 1.00
z 0.07z 0.44z 1.00
del_station: -0.089812 -0.078271 0.003346
Station1: STATION RM02
(00000)
(RM02)
Latitude: -25.44848451 -25 26 54.54422
E-Long : 310.76926455 310 46 9.35238
W-Long : 49.23073545 49 13 50.64762
E-Height: 924.4590
Baseline vector:
Mark1_xyz
Az1 El1 D1
E1 N1 U1
Mark2_xyz
Az2 El2 D2
E2 N2 U2
:
:
:
:
:
:
-3.7258
Station2: STATION RM01
(00000)
(RM01)
-25.44814610 -25 26 53.32597
310.76907161 310 46 8.65780
49.23092839 49 13 51.34220
925.2268
-25.4009
3763763.9896 -4365094.3204
332.63133
1.0417
-19.4088
37.4937
3763760.2638 -4365119.7213
152.63141
-1.0421
19.4089
-37.4937
33.5259
-2724415.7319
42.2265
0.7678
-2724382.2060
42.2265
-0.7678
THE FIXED DOUBLE DIFFERENCE SOLUTION (L1)
Measure of geometry: 0.000001
Wavelength = 0.190294 (m/cycle)
num_meas = 1061
num_used = 1057
rms_resid = 0.007716(m)
Post-Fit Chisq = 2473.307
NDF
=
2.447
Reference SV: 11
SV
Ambiguity
1
752403.000X
14
-3233034.000X
25
-865010.000X
Sigmax (m):
Sigmay (m):
Sigmaz (m):
FIT
0.018
0.034
0.020
0.009843
0.009403
0.007632
Meas
181
170
181
Integer Search Ratio =
98.690
SV
Ambiguity
FIT
Meas
13
-2104376.000X
0.065
165
20
332470.000X
0.035
181
31
-2700739.000X 0.052
179
x
y
z
x 1.00
y-0.53y 1.00
z 0.07z 0.44z 1.00
del_station: 0.000313 -0.000175 -0.000202
Station1: STATION RM02
(00000)
(RM02)
Latitude: -25.44848451 -25 26 54.54422
E-Long : 310.76926455 310 46 9.35238
W-Long : 49.23073545 49 13 50.64762
E-Height: 924.4590
Baseline vector:
-3.7263
Station2: STATION RM01
(00000)
(RM01)
-25.44814610 -25 26 53.32596
310.76907161 310 46 8.65779
49.23092839 49 13 51.34221
925.2262
-25.4006
Mark1_xyz : 3763763.9896 -4365094.3204
Az1 El1 D1 :
332.63117
1.0409
E1 N1 U1
:
-19.4090
37.4938
Mark2_xyz : 3763760.2633 -4365119.7210
Az2 El2 D2 :
152.63126
-1.0413
E2 N2 U2
:
19.4091
-37.4938
Wed Mar 10 11:02:56 2004
33.5262
-2724415.7319
42.2266
0.7672
-2724382.2057
42.2266
-0.7672
e) Alguns conceitos importantes:
e1) Pseudodistância
É a distância compreendida entre o usuário (antena GPS) e um satélite.
Denominadas de pseudodistância (equação 01) em face da presença do não-sincronismo
entre os relógios do receptor e do satélite com respeito ao tempo GPS.
PRij (t) = R ij (t) + cδti (t) + cδt j (t) + cδTi j (t) + λNi j (t) + ε ij
(01).
Verifica-se que a equação (01) é acrescida do termo das ambigüidades λNi j (t)
quando comparada a equação de observação de pseudodistância para os códigos.
A equação de observação para a diferença de pseudodistâncias, com observações
simultâneas da fase da portadora realizadas em duas estações i e k para um satélite j, é
representada por:
∆PRi,kj (t) =∆R j (t) i,k + c∆δti,k (t) + c∆δTi ,kj (t) + λ∆Ni ,kj (t) + ∆ε i,kj
(02).
Sendo:
PRi j: pseudodistância (distância da antena do receptor i (em B) ao satélite j (Sj));
Ri j :
distância geométrica ou raio vetor entre a antena do satélite j e a antena do
receptor posicionada em B;
Xj :
vetor de posição do satélite (Xj, Yj, Zj);
XB:
vetor de posição da antena do receptor i posicionada em B(XB, YB, ZB );
c:
velocidade de propagação da luz no vácuo;
δti:
erro de sincronismo do relógio do receptor i (situado em B); e
tj e tk: épocas de observação.
δTi j : erro de propagação do sinal entre a antena do receptor i (ponto B) e a antena
do satélite j (Sj) na atmosfera; e
ε ij:
demais erros existentes (ruído do receptor, efeito multicaminho, variação do
centro de fase da antena).
e2) Diferenças de Fase (DF)
Simples Diferença Fase (SDF)
A simples diferença de fase (SDF) consiste na diferença entre as fases da portadora
geradas por duas estações i e k para um satélite j num instante de tempo t. A equação de
observação para a SDF é a equação (03)
∆PRi,kj (t) =∆R j (t)i,k + c∆δti,k (t) + c∆δTi,k j (t) + λ∆Ni,k j (t) + ∆εi,k j (t)
(03)
Na equação (03), as incógnitas são as coordenadas tridimensionais de uma das
estações, a combinação do erro do relógio das estações i e k por época de observação, e a
diferença Ni,k de ciclos inteiros para cada satélite observado. Admitida a simultaneidade das
observações elimina-se o estado do relógio do satélite. Para bases curtas (<10 km) e em
condições ionosféricas e troposféricais normais, haverá, nas duas estações, praticamente os
mesmos efeitos atmosféricos, simplificando ainda mais a equação (03). Os efeitos
ionosféricos são mais acentuados nas regiões equatoriais e polares e em épocas de grande
atividade solar.
Dupla Diferença Fase (DDF)
Efetuar uma dupla diferença de fase (DDF) significa obter a diferença entre as fases
da portadora geradas por duas estações i e k, para dois satélites j e l, obtidas num mesmo
instante t. A equação 04 surge da diferença entre 2 equações de SDF (03) e representa a
equação de observação para a DDF.
∇∆PRi,kj,l (t) =∇∆R (t)i,k j,l + c∇∆δTi,k j,l (t) + λ∇∆Ni,k j,l (t) + ∇∆εi,k j,l (t) (04).
Com essa técnica, elimina-se também a incógnita do relógio do receptor, admitida a
simultaneidade das observações. Verifica-se que as incógnitas são as coordenadas
tridimensionais de uma das estações, e (n-1) ciclos inteiros Ni,k , onde n é o número de
satélites observados simultaneamente.
Tripla Diferença Fase (TDF)
A tripla diferença de fase (TDF) consiste em realizar observações simultâneas de
duas estações i e k para dois satélites j e l, em duas épocas distintas t1 e t2 (ver figura 03). A
equação (05) representa a equação de observação da TDF e advém da diferença entre as
equações de DDF (equação 04):
δ∇∆PRi,kj,l (t1,t2) = δ∇∆R (t1,t2)i,k j,l + cδ∇∆δTi,k j,l (t1,t2) + δ∇∆εi,k j,l (t1,t2)
(05).
Verifica-se que ela permite a eliminação da incógnita Ni,kj,l, além das já citadas
anteriormente, desde que admitida a continuidade das observações nos dois satélites e que
não haja perda de sinal. Com essa técnica estima-se o valor real sem estimar as
ambigüidades (solução flutuante). A TDF é utilizada na busca de perdas de sinais.1
FIGURA 03 - TRIPLA DIFERENÇA DE FASE - TDF
(Fonte: SEEBER, 1993)
e3) Precisão:
Relacionada à qualidade da medida associado a repetição da observação e
limitação instrumental.
e4) Erro Relativo:
Indica o grau de incerteza entre os dois pontos estimados pelo processamento.
e5) RMS (Root Mean Square) :
Erro Médio Quadrático calculado a partir dos devios padrão em cada componente
(ϕ, λ, h) definida para um ponto. Relacionado com o erro do vetor considerado de uma
estação base a um ponto coletado por outro receptor (móvel) em um posicionamento
relativo.
e6) PDOP (Precision Dilution of Precision) :
A precisão para o posicionamento pontual GPS depende essencialmente: da
precisão para o levantamento de uma pseudodistância, expressa pelo User Equivalent
Range Error - UERE - ou pelo desvio padrão associado (σl ); e da configuração geométrica
dos satélites com respeito à antena do receptor. A relação entre o σl e o desvio padrão
associado para a posição σP é descrita através do escalar DOP - Dilution of Precision - o
qual é freqüentemente utilizado em navegação e representa uma medida para a geometria.
Tem-se:
σP = DOP σl
(06).
A partir desse DOP, derivam-se outros, como por exemplo: HDOP Horizontal DOP -,VDOP - Vertical DOP -, PDOP - Position DOP -, TDOP - Time DOP - e
GDOP - Geometrical DOP.
e7) Efemérides :
As efemérides transmitidas (Broadcast Ephemerides) contem as posições dos
satélites e o sistema de tempo do satélite, em tempo real, possibilitando ao usuário o seu
posicionamento ou a sua navegação. Caso seja necessário a obtenção de alta acuracidade,
as efemérides pós-processadas podem ser acessadas via internet, denominadas de
Efemérides Precisas (Precise Ephemerides). Elas, são produzidas por diversos centros de
análises que compõem o IGS. As efemérides transmitidas estão referenciadas ao WGS-84 e
as precisas a vários ITRFs.
e8) Widelane :
Através da diferença entre as portadoras L1 e L2, obtém-se a Wide Lane (LW), com
um comprimento de onda de 86,2 cm, cuja vantagem é a possibilidade de determinar as
ambigüidades com um comprimento de onda 4 vezes maior que o das observações
originais, mesmo sujeita aos efeitos ionosféricos. A desvantagem consiste na elevação do
nível do ruído em cerca de 6 vezes, quando comparada com o da portadora L1. Recomendase a utilização dessa combinação para bases longas (acima de 30 km).
e9) Narrow Lane :
A Narrow Lane (LN), com um comprimento de onda de 10,7 cm, é obtida pela soma
das portadoras originais; ela apresenta o nível de ruído mais baixo de todas as combinações;
mas as ambigüidades são de difícil solução. Esta combinação é utilizada para a solução das
coordenadas em bases curtas. A magnitude dos efeitos ionosféricos é igual para a LW e LN,
porém com os sinais contrários.
e10) Outras combinações lineares :
As combinações lineares L43, L54, e
L97 sofrem pouca influência dos efeitos
ionosféricos, porém possuem a desvantagem de apresentarem um curto comprimento de
onda, dificultando a resolução das ambigüidades. As referidas combinações podem ser
utilizadas diretamente no cálculo das coordenadas.
A combinação linear livre dos efeitos ionosféricos é a L0; ela refere-se à média
aritmética dos sinais LW e LN, não fornece as ambigüidades inteiras e não é um sinal
adequado para soluções muito precisas.
A observável LI , obtida a partir da diferença entre os sinais LN e LW , contém o
efeito ionosférico completo. Ela permite uma análise detalhada do comportamento da
ionosfera e é útil na resolução das ambigüidades.
3) Analise da Qualidade dos dados Brutos
Encontra-se no mercado gratuitamente o programa TEQC (Translate/Edit/Quality
Check), disponível em http://www.unavco.ucar.edu/teqc/notice.
Como o próprio nome indica ele permite a tradução, a edição e a verificação da
qualidade dos dados coletados em campo para diferentes marcas de receptores.
Como tradução entende-se a possibilidade em se ler os dados coletados com
receptores GPS de diversos fabricantes e escrever em arquivos no formato universal
RINEX ( OBS- dados de observação, NAV- dados de navegação e MET- dados
meteorológicos).
Na edição dos dados torna-se possível por exemplo: a conversão de RINEX versão
1 para versão 2.
Na analise da qualidade dos dados pode-se observar o efeito multicaminho em L1 e
L2, a ionosfera, a relação sinal/ruído.
Na seqüência apresenta-se um exemplo de arquivo bat que pode ser realizado pelo
teqc.
ARQUIVO *.BAT. – Programa teqc
********************************
rem Para receptores Trimble
rem transformação de dados brutos Trimble no formato RINEX
rem teqc -tr d +nav NOMESAA.DDD.nav NOMESAA.dat > NOMESAA.DDD.obs
rem analise de qualidade dos dados Trimble
rem teqc +qc +sym NOMEDDDS.AAo
rem Para receptores Ashtech sem semana GPS
rem transformação de dados brutos Ashtech no formato RINEX
rem teqc -ash d +nav NOMESAA.DDD.nav NOMESAA.DDD > NOMESAA.DDD.obs
rem analise de qualidade dos dados Ashtech
rem teqc +qc +sym NOMESAA.DDD.obs > NOME.DDD
rem Para receptores AShtech com semana GPS
rem transformação de dados brutos Ashtech no formato RINEX
rem teqc -ash d -week 944 +nav NOMESAA.DDD.nav NOMESAA.DDD >
NOMESAA.DDD.obs
rem analise de qualidade dos dados Ashtech
rem teqc +qc +sym NOMESAA.DDD.obs > NOME.DDD
rem gerar uma lista com as opções disponíveis do teqc
rem teqc +help > help
Onde:
DDD = Dia GPS do levantamento
S = Sessão
AA = Ano
NOME = Nome da estação