Análise do GNSS PPP multi-constelações com uso dos sistemas GPS, GLONASS e GALILEO

Abstract

O GNSS (Global Navigation Satellite Systems) é composto por vários sistemas de navegação por satélites artificiais. Dentre os sistemas; o GPS (Global Positioning System) e o GLONASS (GLObal’naya NAvigatsionnaya Sputnikkovaya Sistema) estão completamente operacionais e novos sistemas vêm sendo desenvolvidos, como o Galileo e o BeiDou. No presente momento, o Galileo encontra-se com 17 satélites operantes, o que viabiliza estudos e pesquisas relacionadas à combinação de multi-constelações no posicionamento geodésico e atividades da comunidade usuária. O Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) tem se destacado dentre os métodos de posicionamento, o qual tem sido alvo de muitas investigações e melhoramentos nos últimos anos. Perante ao exposto, surge o interesse em analisar a contribuição do sistema Galileo, considerando combinações multi-contelações (GPS/GLONASS/Galileo) no Brasil. Para isso, realizou-se uma avaliação da acurácia planimétrica e altimétrica de cinco estações multi-GNSS, pertencentes a RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Continuo dos Sistemas GNSS), abrangendo os 30 dias referentes ao mês de abril de 2018. Os dados foram editados no freeware GFZRNX a fim de obter arquivos com diferentes intervalos de rastreio (60, 90, 120 e 180 minutos), contendo apenas dados GPS, GPS e GLONASS, GPS e Galileo e a combinação dos três sistemas. O processamento dos dados foi realizado a partir do software científico BERNESE, versão 5.2 fazendo-se uso do método PPP. As coordenadas estimadas são referenciadas ao IGS14, na época de coleta dos dados, e foram comparadas com as coordenadas de referência obtidas dos descritivos das estações da RBMC, disponibilizadas no sítio do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Salienta-se, para fins de comparação que as coordenadas de referência, dadas em SIRGAS2000, época 2000,4, foram transformadas e atualizadas para a época de coleta dos dados (para o referencial IGS14). Para tanto, foram utilizados os parâmetros de transformação recomendados pelo IERS. As velocidades das estações da RBMC foram calculadas com o uso do VEMOS2009 (VElocity MOdel of Sirgas). De posse das tendências e precisões estimadas foi possível calcular a acurácia do posicionamento. Após análise dos resultados obtidos nesta pesquisa, pôde-se constatar que para a resultante planimétrica, 31,25% das soluções mais acuradas se apresentaram na combinação GPS/GLONASS/Galileo e na combinação GPS/Galileo. Para a componente altimétrica, os resultados mais acurados foram identificados em 44,46% na combinação GPS/GLONASS/Galileo. Em relação as soluções menos acuradas, apresentaram-se em 57,90% para a planimetria no processamento GPS e para a altimetria, com 42,11% tanto no processamento GPS quanto na combinação GPS/Galileo. Além disso, verificou-se que o tempo de coleta não influenciou de forma significativa nos resultados da acurácia. De modo geral, diante dos resultados observados, conclui-se que a integração do sistema, em desenvolvimento, Galileo com os sistemas GPS e GLONASS, mostrou-se promissora no método de posicionamento PPP. É importante destacar que o processamento do Galileo em conjunto com os outros sistemas se encontra em estágio experimental no Bernese GNSS.

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is composed by several navigation systems based on artificial satellites. Amongst these systems, there are GPS (Global Positioning System) and GLONASS (GLObal’naya NAvigatsionnaya Sputnikkovaya Sistema) which are completely functional whilst other systems such as Galileo and BeiDou are still being developed. In the present moment, Galileo has 17 operational satellites that enables studies and researches related to multi-constellation combination in geodetic positioning and user community activities. Precise Point Positioning (PPP) has stood out comparing to others positioning methods and it has been the focus of a number of investigation and improvements over the past few years. Therefore, the concern in analysing the contribution from Galileo system arises in Brazil taking into consideration multi-constellation combinations (GPS/GLONASS/Galileo). In order to do so, an evaluation of planimetric and altimetric accuracies from five multi-GNSS stations have been performed. These stations belong to RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS – GNSS Systems Brazilian Network for Continuous Monitoring) and cover thirty days referred to the month of April 2018. The data has been edited on the freeware GFZRNX with the purpose of obtaining files with different tracking intervals (60, 90, 120 and 180 minutes); in addition, these files contain exclusively data from either GPS, GPS and GLONASS, GLONASS and Galileo as well as a combination of the three systems. The data processing has been carried out in the software BERNESE, version 5.2 using the PPP method. Besides, the estimated coordinates are referenced in IGS14, at the time of data collection, and were compared to reference coordinates obtained from the RBMC stations descriptive data available at IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatistica – Brazilian Insittude of Geography and Statistics) website. It must be pointed out that the reference coordinates, given in SIRGAS2000, epoch 2000.4, have been transformed and updated to the data acquisition epoch – to the reference IGS14. Hence, IERS recommended transformation parameters have been used. The velocities of the RBMC stations have been computed using VEMOS2009 (VElocity MOdel of Sirgas). From the estimated tendencies and precisions, it was possible to compute the positioning accuracy. After the results from this research, one noted to planimetric resultants, with 31,25% of the most accurate solutions were in the GPS/GLONASS/Galileo and in the GPS/Galileo combination. For an altimetric component, the most accurate results were identified in 44.46% in the GPS/GLONASS/Galileo combination. When it comes to these less accurate solutions, they were 57,90% for GPS processing in planimetry, and 42,11% in GPS processing as well as GPS/Galileo combination in altimetry. Besides, it was perceived that the tracking time did not influence significantly in the accuracy results. In general, from the observed results, it was concluded that integrating the developing system Galileo with GPS and GLONASS systems has shown to be promising using the PPP method. One also must highlight that processing Galileo alongside with other systems is still on it experimental stage in BERNESE.