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INTRODUÇÃO AO GNSS E PROCESSAMENTO DE
DADOS
EGL
UNESP PP
Maio 2018
Conteúdo
• Métodos de posicionamento GNSS
• PPP – Fundamentos
– PPP software
• RTK – Fundamentos– RTK em rede
• Aplicações
• Comentários finais.
Métodos de Posicionamento GNSS
•Posicionamento Absoluto ou Por Ponto
•PPS
•PPP
•Posicionamento Relativo
•Estático, Estático Rápido, Semi
Cinemático e Cinemático
•RTK, RTK em rede
•Diferencial
•DGPS, WADGPS
– Simples (efemérides transmitidas) (PPS) – Autônomo ...
– Determinam-se as coordenadas X, Y e Z num referencial
geocêntrico – (e erro do relógio do receptor) que são convertidas
para Latitude, Longitude a altura. (Requer no mínimo – 4 satélites)
SS33
SS11 SS22
RR11 RR22
RR33
Posicionamento Por Ponto (Absoluto – Estático)
SS33
SS11 SS22
RR11
RR22
RR33
RRII
Posicionamento por ponto cinemático
PPS – On Line na FCT/UNESP
http://gege.fct.unesp.br
PPP – Fundamentos básicos
• Premissa fundamental
– Utilizar efemérides precisas e correções dos relógios dos satélites
produzidos pelo IGS (ou outras de similar qualidade) – o
referencial vem das órbitas;
– Aplicações em tempo real? Correções do relógio !!!
• Pode ser realizado com receptores de dupla freqüência
(ION-FREE) ou de simples freqüência (com modelagem da
ionosfera);
– Todos os demais erros devem ser cuidadosamente tratados
(modelados ou removidos).
FONTES EFEITOS
Satélite Erro da órbita
Erro do relógio
Relatividade
Atraso de Grupo
Propagação do sinal Refração troposférica
Refração ionosférica
Perdas de ciclos
Sinais refletidos/Multicaminho
Receptor/Antena Erro do relógio
Erro entre os canais
Centro de fase da antena
Estação … erros e efeitos Erro nas coordenadas
Marés terrestres
Movimento do Pólo
Carga dos oceanos
Pressão da atmosfera
FONTES E EFEITOS DOS ERROS
ENVOLVIDOS NO GNSS
Modelos matemático das observáveis GNSS
pseudodistâncias
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1
2
2
1
1
][
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SAT
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vMDCBDCB
TIdtdtcPD
vMDCBDCB
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Modelos matemático das observáveis GNSS
• Equação para a fase da portadora
220202
222
10101
111
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PPP – Fundamentos básicos
• Obtém-se as coordenadas para o dia (época) das observações: Hoje – ITRF2014 (IGS14)
– No Brasil, o referencial SIRGAS 2000 refere-se a época 2000,4 – dependendo da qualidade requerida – deve-se transformar para a época de referencia – Velinter (IBGE) – VMS 2009/VMS2015;
– E para o referencial de interesse.
– Utiliza-se apenas um receptor (dupla/simples freqüência)
– Precisão compatível com o posicionamento relativo
– Várias empresas comerciais vem disponibilizando o PPP, mas
com nomes comerciais específicos:
• Exemplos: RTX da Trimble, StarFix .G2 e .XP da Fugro, StarFire
da NavCom.
– Vários softwares on-line
• IBGE, UNB, JPL, NRCAN, MAGIC PPP, FCT/UNESP.
Posicionamento por ponto Preciso
(PPP) ... Vantagens
– Longo tempo de ocupação para atingir alta
acurácia...• Solução das ambiguidades no modo PPP.
• Melhorar a modelagem dos erros.
Posicionamento por ponto Preciso
(PPP) ... Desvantagens
Página de PPP na UNB
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Transformação entre referenciais terrestres
atualização de coordenadas
• Em trabalhos geodésicos e de geodinâmica que se
exigem alta acurácia, é necessário que as
coordenadas referenciadas a uma determinada
época sejam atualizadas (mapeada) para uma
outra época de interesse, podendo ou não envolver
referenciais distintos.
• Para tanto, pode-se utilizar a transformação
generalizada de Helmert.
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Transformação generalizada de Helmert
• Observe que para os casos em que as coordenadas
das estações não variam com o tempo, essa equação
se torna a equação referente à transformação de
Helmert com sete parâmetros, ou seja:
).())))()(())(1((
))((.)()1(
0)(
0)()(
0
0
ttXIssT
ttVXIsTX
tyyITRF
tyyITRFFyyITRFXtzzITRF
yyITRFXzzITRF XIsTX
.)()1(
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• A transformação de um referencial para outro pode também ser realizada mediante a atualização das coordenadas
• e parâmetros de transformação do referencial de origem, utilizando a equação
• Em seguida aplica-se a equação:
)()( 000 ttVXtX
yyITRFXzzITRF XIsTX
.)()1(
)()( 00 ttPPtP
Transformação de ITRF2008 para os prévios
20
Do ITRF2014 para ITRF2008
http://gege.fct.unesp.br
Possibilidades de aplicações
• Estimativa contínua de coordenadas para
determinação de movimentos ao longo do tempo
(tectônica de placas);
• Estimativa do atraso troposférico para sua
conversão em vapor d`água (GPS Meteorology);
• Georreferenciamento em geral
Possibilidades de aplicações
• Posicionamento cinemático (PPP cinemático)
– Órbita e relógio dos satélites (pós-processado semproblemas)
– FCT/UNESP desenvolvendo sistema para EMBRAER
• PPP para transferência de tempo GPS (GPS WorldNovember 2006)
• Estimativa do atraso ionosférico absoluto (PPP emconjunto com uma rede GPS ativa – GNSS 2004 –Austrália);
App do CNES para PPP
• WizLite (primeiro usando dados brutos)
– Precisão de 1 m (somente L1 e correções)
– Android 7 (Nougat)
Na FCT/UNESP
• Uma Tese de Doutorado – Marques H. A. (2012)
– PPP EM TEMPO REAL COM ESTIMATIVA DAS
CORREÇÕES DOS RELÓGIOS DOS SATÉLITES NO
CONTEXTO DE REDE GNSS
• Tese PPP com AR- Alves C. (2015)
– PPP PÓS-PROCESSADO E EM TEMPO REAL COM
SOLUÇÃO DE AMBIGUIDADES NO CONTEXTO
DE REDE GNSS
UNESP PPP on line - testes
• http://is-cigala-calibra.fct.unesp.br/ppp/index.php
PPP (RT_PPP) para voo de aeronaves utilizando
as correções do RT_SAT_CLOCK software|
• Correções geradas
RT_SAT_CLOCK (código e
fase)
• Aplicadas no PPP cinemático
com o RT_PPP
• Dados GPS de um vôo realizado
por uma aeronave regional no
dia 244 de 2009
PPP (RT_PPP) para voo de aeronaves utilizando as
correções do RT_SAT_CLOCK
• Dados coletados a taxa de 0,5 segundos pelo receptor embarcado na
aeronave
• Valores das coordenadas de referência
– Software GPSPPP do NRCan disponível na
FCT/UNESP
– Órbitas precisas e correções finais do IGS
Altitude da aeronave
Atraso troposférico
estimado
DX DY DZ
Erro médio -0,010 0,095 0,013
Desvio-padrão 0,274 0,090 0,130
EMQ 0,274 0,131 0,131
Posicionamento Relativo (2 ou mais
estações simultâneas)– Estático (rápido)
– Semi-cinemático
– Cinemático (pós-processado e RTK)
1r 2
r
1S
2S
Estado da Arte em Posicionamento Relativo
• RTK (Real Time Kinematic)
• Aplicação na construção de Hidroelétrica - RTK
RTK EM REDE
• Várias estações de referências são utilizadas;
• Dados enviados para uma estação central;
• Algoritmos para calcular correções para a rede - correção
do erro ionosférico e troposférico em tempo real.
• Transmissão para os usuários da rede internet e GSM.
RTK EM REDE
• Algoritmos existentes: VRS, MAC(Master Auxiliary Concept), FKP
(Flachen Korrektur Parameter) e State Vector
– Pesquisa: redução de erros advindos da atmosfera...
• Na FCT, estamos com um sistema comercial e um em
desenvolvimento para pesquisa.
RTK em Rede – Conceito de VRS
Estações RTCM-VRS
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𝜆𝑐
ℎ𝑐
𝜙𝑐
𝜆𝑐
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𝜆𝑐
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𝜙𝑐
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𝜙𝑐
𝜆𝑐
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NMEA
Link bidirecional
VRS
Posicionamento Relativo
GNSS em tempo real?
Pivot da Trimble no Estado de São Paulo
UNESP & IGC
Serviços Privado
Comparação entre MétodosTransporte Convencional
RTK em REDE
Rinex Virtual
Resultados
Comentários Finais
• PPP é um dos métodos com grande destaque no
posicionamento GNSS, com capacidade de tempo real e
solução da ambiguidades;
– Vários serviços on line
– A caminho do tempo real com solução das ambiguidades
• RTK em rede segue na mesma direção, com resultados que
proporcionam alta acurácia – distâncias entre as estações
ainda pequenas frente as dimensões territoriais do Brasil
PPP on line
• Coletar dados (mínimo 2 horas) ou via BNC
• Realizar PPP online (Um de sua escolha e IBGE)
• A solução do instante de coleta deve ser
transformada para o SIRGAS 2000. Pode usar o
Trevel (parcialmente);
• Compare e discuta...