Efeitos da carga oceânica no posicionamento por ponto preciso

Abstract

Uma das técnicas mais utilizadas para o processamento de dados GNSS (Global Navigation Satellite System) é o Posicionamento por Ponto Preciso (PPP). Entretanto, apesar das vantagens que apresenta, este método tem sua qualidade dependente da modelagem dos erros sistemáticos. Dentre estes, destaca-se o efeito da carga oceânica, tema desta pesquisa. Os deslocamentos devido a este efeito podem alcançar 10 cm na altimetria. Entretanto, apesar desta magnitude, após realizada uma revisão bibliográfica, foram identificadas divergências sobre o alcance deste efeito. Um efeito desta magnitude pode comprometer posicionalmente projetos que demandam acurácia, no mínimo, centimétrica. Esta pesquisa calculou os resíduos altimétricos (deslocamentos) de 100 estações da rede CORS (Continuously Operating Reference Station) dos Estados Unidos em três dias estratégicos relacionados à órbita lunar e utilizando quatro modos de processamento (sem correção da carga oceânica e utilizando os três modelos mais recentes da série FES). Estes resíduos tiveram as coordenadas de referência obtidas no CSRS-PPP e as coordenadas estimadas foram processadas no Bernese; além disso, considerou-se que estes resíduos tiveram como efeito dominante o efeito de carga oceânica. Sobre estes valores foi aplicada a krigagem ordinária para a predição dos resíduos em toda área de estudo e, paralelamente, foi realizado o Teste t Emparelhado para inferir sobre a significância destes resíduos e delimitar seu alcance. Também foram calculados os resíduos entre as altitudes obtidas com o modelo recomendado pelo IERS (FES2004) e suas versões mais recentes (FES2012 e FES2014b), a fim de verificar se os modelos mais recentes produziam resultados melhores que o modelo recomendado. Analisando os resultados, observou-se que o maior resíduo encontrado foi de 9,73 cm próximo à costa oeste dos Estados Unidos. Apesar do maior valor ter sido encontrado próximo à costa, de maneira geral, os resíduos devido aos efeitos da carga oceânica não diminuíram à medida que se aumentava a distância da costa, como era esperado. Além disso, a maior diminuição dos resíduos provocado pela utilização dos modelos FES foi de 1,64 cm para o dia de perigeu lunar e 4,6 mm para os demais dias. Entretanto, essa melhora superior a 1 cm foi observada somente em cinco das 100 estações utilizadas, nos três dias. Com relação aos resíduos estimados entre os modelos, verificou-se que não houve diferença significativa entre os modelos FES2004, FES2012 e FES2014b. Já os resultados da krigagem mostraram que os alcances máximos dos efeitos da carga oceânica foram de 2468,623 km, 1913,661 km e 1895,702 km para os dias de apogeu lunar, perigeu lunar e dia com distância Terra-Lua média, respectivamente. Os resultados não foram os esperados, de acordo com a literatura, contudo, foi proposta uma metodologia considerando o rigor estatístico e teórico. Isso provavelmente ocorreu em função dos resultados inesperados referentes aos resíduos altimétricos. Deve-se salientar que várias outras possibilidades de estimativa dos resíduos foram analisadas, mesmo considerando as coordenadas de referência as estimadas pelo Bernese, ou até mesmo considerando a discrepância relativa entre as coordenadas estimadas com e sem correção. Contudo, os resultados foram similares. Palavras-chave: Geodésia. Carga oceânica. Posicionamento por Ponto Preciso. Geoestatística. GNSS. Bernese.

One of the most used techniques for processing GNSS (Global Satellite Navigation System) data is the Precise Point Positioning (PPP). However, despite its advantages, this method has its quality dependent on the modeling of systematic errors. Among these, the effect of the ocean tide loading, the subject of this research, stands out. The displacements due to this effect can reach 10 cm in the altimetry. However, despite this magnitude, a bibliographic review was carried out, divergences were identified on the range of this effect. An effect of this magnitude can positively compromise works or projects that require accuracy, at least, centimeter. This research calculated the altimetric residues (displacements) of 100 stations of the CORS network (Continuously Operating Reference Station) of the United States in three strategic days related to the lunar orbit and according to four processing modes (without correction of the ocean tide loading and using the three most recent models in the FES series). These residues had the reference coordinates obtained in the CSRS-PPP and the estimated coordinates were processed in the Bernese; in addition, it was considered that these residues had the dominant effect of the ocean tide loading effect. On these values, ordinary kriging was applied for the prediction of residues in the entire study area and, in parallel, the Paired-Samples t Test was performed to infer about the significance of these residues and delimit their range. In addition, residues were calculated between the altitudes obtained with the model recommended by IERS (FES2004) and its most recent versions (FES2012 and FES2014b), in order to verify whether the newer models produced better results than the recommended model. Analyzing the results, it was observed that the largest residue found was 9.73 cm near the west coast of the United States. Although the highest value was found close to the coast, in general, the residues due to the effects of the ocean tide loading did not decrease as the distance from the coast increased, as expected. In addition, the lower decrease in residues caused by the use of the FES models was 1.64 cm for the lunar perigee day and 4.6 mm for the other days. However, this improvement greater than 1 cm was observed in only five of the 100 stations used, in the three days. Regarding the estimated residues between the models, it was found that the biggest difference between the estimated altitudes was 1.5 mm. Analyzing these results, it appears that there is no significant difference between the models FES2004, FES2012 and FES2014b. The results of the ordinary kriging showed that the ranges of the effects of the ocean tide loading were 2468.623 km, 1913.661 km and 1895.702 km for the days of lunar apogee, lunar perigee and day with average Earth-Moon distance, respectively. The results were not as expected, according to the literature, however, a methodology was proposed considering the statistical and theoretical rigor. This probably occurred due to the unexpected results regarding altimetric residues. It should be noted that several other possibilities for estimating residues were analyzed, even considering the reference coordinates estimated by the Bernese, or even considering the relative discrepancy between the coordinates estimated with and without correction. However, the results were similar. Key words: Geodesy. Ocean Tide Loading. Precise Point Positioning. Geostatistic. GNSS. Bernese.