SISTEMAS REFERENCIAIS E PROCESSOS ASSOCIADOS À INTEGRAÇÃO GPS/INS

Resumo

Levantamentos geodésicos cinemáticos utilizam o Sistema de
Posicionamento Global (GPS) como método de posicionamento de alta precisão,
por meio de GPS Diferencial (DGPS) ou Cinemático em Tempo Real (RTK),
aproveitando-se da disponibilidade global do sistema e da estabilidade nos
resultados durante longos períodos (horas) de levantamento. Porém, os sinais dos
satélites sofrem influências do meio de propagação (atmosfera) e podem ser
atenuados ou obstruídos por construções ou áreas de floresta. Um Sistema de
Navegação (INS) utiliza instrumentos baseados em sensores inerciais
(acelerômetros e giroscópios) para determinar o posicionamento e a orientação
espacial (atitude). O INS faz medições que levam em conta a dinâmica (forças e
acelerações) do veículo que contém a plataforma, não dependendo de sinais
externos e, por isso, é chamado sistema auto-contido. Este sistema apresenta bom
desempenho em pequenos períodos de tempo (segundos), mas acumula erros de um
modo ilimitado ao longo do levantamento e, por isso, necessita de procedimentos
especiais para eliminar ou reduzir tais erros. Desta forma, uma solução combinada
entre GPS e INS permite contornar deficiências e aumentar a produtividade dos
levantamentos geodésicos, sendo que os algoritmos mais comuns para a integração
GPS/INS são baseados no modelo do filtro de Kalman. A combinação GPS/INS se
apresenta como solução para problemas fundamentais em gravimetria inercial,
fotogrametria e sensoriamento remoto, utilizando-se vários tipos de instrumentos
GPS e plataformas INS (analítica e estabilizada), com graus tecnológicos diferentes.
A qualidade das observações deve ser o fator principal de escolha da arquitetura
para trabalhos geodésicos, porém, isso não exclui o uso de instrumentos considerados de baixo custo (de uso comercial). Por isso, realizou-se um estudo
amplo dos sistemas, referenciais e processos envolvidos no problema de integração
GPS/INS, através da apresentação sistemática de modelos, classificação das
arquiteturas, tipos de plataformas disponíveis, questões de simulação e tendências
de aplicação. A conclusão foi que os benefícios obtidos com a metodologia de
integração GPS/INS justificam a pesquisa e o investimento na área de
levantamentos geodésicos.

Referentials Systems and Associated Process Aiming at GPS/INS Integration

Abstract

Kinematic geodesic surveyings make use of the Global Positioning
System (GPS) as a method of positioning of high precision, by means of Diferencial
GPS (DGPS) or Real-Time Kinematic (RTK), taking advantage of the global
availability of the system and of the stability of the results during long periods
(hours) of operation. However, the signs of the satellites suffer of propagation
medium (atmosphere) influences and can be attenuated or obstructed by
constructions or forest. A Inertial Navigation System (INS) uses instruments based
on inertial sensors (accelerometers and gyroscopes) to determine the positioning
and the space orientation (attitude). INS makes mensurations that take into account
the dynamics (forces and accelerations) of the vehicle that contains the platform, not
depending on external signs. Therefore, it is called a self-contained system. It
presents good results in small periods of time (seconds), but accumulates errors in a
limitless way along the surveying. So, it needs special procedures to eliminate or to
reduce such errors. A combined solution between GPS and INS allows to outline
deficiencies and to increase the productivity in the geodesic surveying. So the most
common algorithms for the integration GPS/INS are based in the Kalman filter. The
combination GPS/INS comes as solution for fundamental problems in inertial
gravimetry, photogrammetry and remote sensing, being used several types of GPS
instruments and INS platforms (analytic and stabilized) with different technological
degrees. The quality of the observations should be the main factor for choosing the
architecture for geodesic works, but it doesn't exclude the use of low cost
instruments (of commercial use). Therefore, a wide study of the systems, references
and processes involved in the GPS/INS integration problem, through the systematic
presentation of models, classification of the architectures, types of available
platforms, simulation subjects, and application tendencies were carried out. The
conclusion was that the benefits one can obtain with the GPS/INS integration
methodology justify the research and investment in the area of geodesic surveying.