MODELO REGIONAL DA IONOSFERA PARA USO EM POSICIONAMENTO COM RECEPTORES GPS DE UMA FREQÜÊNCIA

Resumo

A maior fonte de erro maior no posicionamento e navegação com GPS, na
ausência da disponibilidade seletiva (AS), é devida à refração ionosférica. Seu
efeito causa, respectivamente, um atraso no código e avanço na fase, de uma mesma
quantidade. A magnitude deste erro é afetada pelo movimento diurno do sol,
estação do ano, ciclo solar, localização geográfica do receptor e campo magnético
da Terra. Como bem conhecido, o efeito sistemático provocado pela ionosfera é o
principal fator limitante no posicionamento de precisão, quando se utiliza receptores
de uma freqüência, que seja no posicionamento por ponto ou no posicionamento
relativo de linhas base médias e longas. Um modelo representado pela série do tipo
de Fourier foi implementado e os parâmetros estimados a partir de dados coletados
pelas estações ativadas da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Continuo dos
Satélites GPS). Os dados de entrada do modelo podem ser as observáveis
pseudodistâncias, pseudodistâncias filtradas pelas fase das portadoras ou fase das
portadoras, coletadas nas portadoras L1 e L2. Controle de qualidade baseado no
teste estatístico Qui-quadrado (c2) foi implementado para a análise da qualidade do
ajustamento, bem como o teste de significância dos parâmetros, com o objetivo de
validar os coeficientes da série. As observáveis pseudodist6ancias filtradas pelas
fase das portadora proporcionaram parâmetros com melhor precisão. Experimentos
foram realizados no Brasil, usando dados coletados como receptors de dupla
freqüência. Afim de validar o modelo, valores estimados para as coordenadas de
algumas estações de referências foram comparados com os considerados
verdadeiros. Para o posicionamento por ponto, foram considerados como valores verdadeiros as coordenadas conhecidas da estação. Já no relativo, considerou-se as
coordenadas obtidas a partir do processamento da combinação linear livre do efeito
da ionosfera. As discrepâncias em relação aos valores considerados verdadeiros
indicaram uma redução do erro, em média, da ordem de 80,7% e 41,7%,
respectivamente, para o posicionamento por ponto e relativo de linhas de base entre
10Km e 215 Km. Estes resultados indicam que mais pesquisas devem ser
realizadas afim de prover suporte aos usuários de receptores GPS de uma
freqüência, necessitando realizar posicionamento relativo. Porém, no
posicionamento por ponto, os resultados proporcionaram discrepâncias da ordem de
1 (um) metro para as coordenadas cartesianas, o que mostra potencialidade do
modelo.

A Regional Ionospheric Pattern for Using in Positioning whit a Single Frequency
GPS Receptor

Abstract

The largest error source in the positioning and navigation with GPS, in the
absence of the selective availabity (SA), is due to the ionospheric refraction. Its
effects cause code delay and phase advance, of the same amount. The magnitude of
this error is affected with time of day, season, solar cycle, geographical location of
the receiver and magnetic field of. The Earth. As it is well known, the ionosphere is
the main drawback for high accuracy positioning when using single frequency
receivers either for point positioning or relative positioning of medium and long
baselines. The effect of the ionosphere is investigated in the determination of point
positioning and relative positioning using single frequency data. A model
represented by a Fourier series type was implemented and the parameter estimated
from data collected by the active stations of RBMC ( Brazilian Network for
Continuous Monitoring of GPS satellites). The model data input can be the pseudo
range, pseudo range filtered by carrier phase or carrier phase observables, collected
by carriers, L1 and L2. Quality control based on the Chi-square (χ2) statistical test
was implemented for the analysis the quality of the adjustment, as well the
parameter significance test, with the objective to validate the estimated parameters
of the series. The observables pseudo range filtered by carrier phase provided
parameters with better precision. Experiments were carried out in Brazil, using data
collected with dual frequencies receivers. In order to validate the model, the
estimated values for coordinates station were compared with ground truth. For
point positioning the known coordinates of the station were considered as ground
truth. In the relative positioning the coordinates obtained by processing the
ionospheric free combination were the ground truth. The discrepancies
ground truth minus estimated value indicated a reduction better than 80,7 %
and 41,7% respectively, for the point positioning and relative positioning of
baselines ranging from 10 km to 215 km. These results give an indication that more
research has to be carried in order to provide support to the single frequency GPS
users, who to realize relative positioning. However, in the point positioning, the
results provided discrepancies better than 1 m for the cartesian coordinates,
indicating the potentiality of the model.