POSICIONAMENTO RELATIVO COMBINANDO AS OBSERVÁVEIS GPS E SBAS.

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1 POSICIONAMENTO RELATIVO COMBINANDO AS OBSERVÁVEIS GPS E SBAS. Fabio L. ALBARICI 1 ; Paulo A. F. BORGES 2 ; Luciano A. BARBOSA 3 ; João B. TAVARES JR 4 RESUMO No Brasil, o sinal do sistema SBAS, é transmitido na mesma frequência L1 do sistema GPS, porém não em tempo real, mas através do protocolo MT27 onde alguns receptores GPS utilizam-se destes sinais para melhorar a precisão das coordenadas. Analisou-se a observável L1 dos satélites SBAS conjuntamente (GPS+SBAS) e separadamente (apenas GPS); assim comparam-se as coordenadas e analisa-se a contribuição destes dados no posicionamento relativo. O resultado foi a não contribuição destes dados. INTRODUÇÃO Os sistemas SBAS são independentes do sistema GPS e monitoram seu desempenho continuamente, para detectar possíveis falhas do sistema GPS em tempo real, e informar ao usuário imediatamente (WALTER et al., 2006). Todos estes sistemas foram desenvolvidos visando puramente à aviação, porém outros setores perceberam um potencial de aplicabilidade, como por exemplo, na Geodésia. As constelações WAAS e EGNOS fornecem sinais transmitidos através 1 Inconfidentes/MG - fabio.albarici@ifsuldeminas.edu.br 2 Inconfidentes/MG - paulo.borges@ifsuldeminas.edu.br 3 Inconfidentes/MG - Luciano.barbosa@ifsuldeminas.edu.br 4 Inconfidentes/MG - joao.tavares@ifsuldeminas.edu.br

2 de seus satélites geoestacionários, com correção diferencial dentro da sua área de abrangência, além dos parâmetros destinados a garantir a integridade do posicionamento dos usuários GNSS (SÁNCHES et al., 2006). No caso da América do Sul, mais especificamente o Brasil, estas correções diferenciais que são geradas não se aplicam em nosso território (VENTURA-TRAVESET et al, 2006). Para as regiões que estão fora das áreas de abrangência do sistema SBAS, suas informações são transmitidas aos usuários na mesma frequencia L1 (1575,42 MHz), do sistema GPS (WALTER et al, 2006), além de fornecer informações sobre a posição dos satélites e deriva do relógio. Tais informações permitem incluir as observáveis L1 do sistema SBAS, combinadas com as observáveis L1 do sistema GPS (WANNINGER, 2007). Assim, a combinação das observáveis do sistema SBAS e GPS poderá permitir a melhora do posicionamento. A forma de disponibilização destes dados para as regiões fora da área de abrangência SBAS (onde se inclui o Brasil), se dá através da mensagem MT27. Utilizou-se, no processamento, as observáveis L1 dos satélites GPS combinados com as observáveis L1 do sistema SBAS. Assim realizaram-se vários experimentos, com o intuito de verificar se a observável L1 dos sistemas SBAS, ao serem introduzidos no processamento, é determinante ou não na acurácia das coordenadas e na melhoria das condições do rastreio (PDOP e RDOP). Utilizou-se a constelação WAAS e EGNOS (PRN 138, 120 e 124), como complementação para o sistema GPS, para que no horário do rastreio, em uma situação de pouca disponibilidade de satélites do sistema GPS, pudesse utilizar os satélites SBAS, para aumentar esta disponibilidade de satélites na região do rastreio. MATERIAL E MÉTODOS Realizaram-se os rastreios em regiões distintas do Brasil, variando em latitude e longitude, com o objetivo de analisar a disponibilidade das observáveis L1, dos satélites SBAS. As cidades de realização dos trabalhos foram: Manaus AM; Mossoró RN; Nova Venécia ES; Rio de Janeiro RJ e São Paulo SP. No total, foram rastreados 90 pontos, gerando-se 4500 linhas de base entre GPS e GPS + SBAS, mas são apresentados apenas os melhores resultados (1250 linhas de base). O equipamento utilizado foi o receptor GPS L1, Promark3, da fabricante Magellan o qual possui dois canais habilitados a receber os dados dos satélites SBAS. O programa de processamento utilizado foi o GNSS Solution v.

3 da mesma fabricante dos receptores. A Figura 1 mostra os locais dos rastreios. Figura 1 Locais de rastreios nos Estados Este trabalho está direcionado para os satélites SBAS de PRN (Pseudo- Random Noise) 120, 124 e 138, sendo os dois primeiros integrantes do sistema EGNOS e o último do sistema WAAS, respectivamente. Isto se deu pelo fato que tais satélites foram rastreados com maior frequência em todas as coletas deste trabalho, ora dois simultaneamente, ora apenas um deles. Ressalta-se que a elevação dos mesmos varia de região para região. Após a coleta dos dados nos vários locais, a primeira etapa, foi a realização do processamento dos dados. O programa GNSS Solution foi configurado para o processamento dos dados no sistema de referência SAD 69 (South American Datum 1969), na projeção UTM (Universal Transversa de Mercator), como os rastreios foram realizados em locais diferentes, os fusos da projeção UTM variaram para cada local. Esta primeira etapa do processamento foi a de realizar experimentos com conjuntos diferentes de satélites rastreados, ou seja, excluir alguns dos satélites GPS e SBAS, e

4 reprocessar os dados, verificando a variação das coordenadas dos pontos e também seus respectivos resíduos, além do PDOP e RDOP. A seleção dos satélites para o processamento em cada experimento levou-se em consideração algumas características, tais como: a qualidade das efemérides, elevação dos satélites rastreados e a relação sinal ruído de cada satélite rastreado. Os dados foram processados em duas partes: uma somente com os satélites GPS e outra com a adição dos satélites SBAS (GPS + SBAS). Para verificar a potencialidade da observável L1 dos satélites SBAS, realizam-se vários experimentos no processamento, desde sua situação ideal, onde se tem uma grande disponibilidade de satélites, até chegar à situação crítica, onde a disponibilidade de satélites é restrita. Ao realizar-se o processamento que se denominou de ideal, adiciona-se as observáveis dos satélites SBAS para averiguar se a inclusão de tais observáveis ao processamento melhorava as condições do rastreio (PDOP e RDOP), e consequentemente, a acurácia na determinação das coordenadas. Ao partir da situação ideal, retiravam-se, gradativamente, um a um os satélites GPS e adicionavam-se os satélites SBAS ao processamento, até chegar à situação denominada critica, onde se tem apenas quatro satélites GPS e adicionavam-se os satélites SBAS ao processamento. Para a análise dos resultados obtidos nos processamentos foram estipulados os seguintes critérios: Verificação das coordenadas obtidas no processamento relativo e seus resíduos, nos vários experimentos adotados; Comparação das coordenadas obtidas no processamento relativo com as consideradas verdadeiras; Verificação do tipo de solução do ponto (Fixed ou Float); Verificação da melhoria da geometria dos satélites através do PDOP e RDOP, ao ser adicionado ao processamento os dados dos satélites SBAS. A análise de tendência e precisão deve ser feita a partir da análise das discrepâncias obtidas entre as coordenadas consideradas verdadeiras e as coordenadas obtidas no processamento. Para a análise de tendência, utilizou-se o teste t de Student. RESULTADOS E DISCUSSÃO Apresentam-se os resultados obtidos nos processamentos realizados em Nova Venécia ES e São Paulo - SP, onde foram rastreados os satélites SBAS

5 PRN 120 e 138, respectivamente. As observáveis L1 destes dois satélites se comportaram de forma similar no processamento, em todos os locais onde estes satélites foram rastreados. Os receptores GPS foram instalados em pilares de coordenadas conhecidas, com uma linha de base de aproximadamente 1500 metros em Nova Venécia (P001) e de 10,8 metros em São Paulo (P2A), e tem-se rastreios realizados em vários dias consecutivos: Tabela 01 RMS GPS(m) ES E 0,122 N 0,111 h (geométrico) 0,037 Tabela 02 RMS GPS+SBAS(m) ES E 0,122 N 0,111 h (geométrico) 0,037 Tabela 03 RMS GPS(m) SP E 0,015 N 0,060 h (geométrico) 0,031 Tabela 04 RMS GPS+SBAS(m) SP E 0,048 N 0,060 h (geométrico) 0,021 Ao se analisar e comparar os valores do estimador de acurácia (RMS), com e sem as observáveis L1 dos satélites SBAS, nota-se que os valores são idênticos para Nova Venécia (Espírito Santo), não tendo alterações nas componentes N, E e h das coordenadas. Podem-se explicar estes resultados, pois ao se realizar os cálculos do RMS, os parâmetros utilizados são os mesmos para o GPS e GPS+SBAS. Os valores semelhantes das tabelas 1 e 2, é um indício que as observáveis L1 dos satélites SBAS (especificamente da constelação EGNOS), não foram utilizados nos processamentos realizados com os dados coletados em Nova Venécia - ES, ou que ao menos estas observáveis não são determinantes para melhoria das condições de rastreio e acurácia das coordenadas, ou seja; sua contribuição é nula. Considerando-se as observações realizadas em São Paulo, verificou-se que os valores obtidos estão muito próximos, tendo uma pequena variação na

6 componente N e h (Tabelas 3 e 4), o que permite afirmar que as observáveis SBAS (para a constelação WAAS) não foi determinante para a acurácia das coordenadas. Para o teste de tendência foi utilizado o teste t-student, que tem por objetivo a detecção de erro sistemático em uma dada coordenada. Na análise estatística é necessária a comparação entre coordenadas da fonte mais acurada (Monografia do ponto) com as coordenadas a serem avaliadas (processadas). Ao se realizar os testes de tendência faz-se necessário, previamente, os cálculos da média dos erros, da variância e do desvio padrão para cada uma das coordenadas além do Zx tabelado e calculado. Analisando os valores de Z N, Z E e Z h, verifica-se que a partir da desigualdade, as coordenadas obtidas com o processamento dos dados não apresentam tendência. CONCLUSÕES Especificamente nos dois experimentos aqui apresentados, bem como, em todos os experimentos realizados, em todas as regiões onde se obteve dados simultâneos, as observáveis L1 em hipótese alguma contribuíram para a melhoria do PDOP, RDOP e na acurácia das coordenadas, ou seja, ao se adicionar as observáveis L1 destes satélites ao processamento verificou-se que elas não influenciaram positivamente ou negativamente a melhoria da acurácia das coordenadas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SÁNCHEZ, D. P., BERGES, C. P. The EGNOS SBAS Message Format Explained The European EGNOS Project, 2006, The Netherlands Proceedings The Netherlands: Bruce Battrick & Dorothea Banesy, p WALTER, T., ENGE, P. The Wide Area Augmentation System The European EGNOS Project, 2006,The Netherlands Proceedings The Netherlands :Bruce Battrick & Dorothea Banesy, p VENTURA-TRAVESET, J. et al., The European EGNOS Project: Mission, Programme and System. The European EGNOS Project, 2006, The Netherlands Proceedings The Netherlands: Bruce Battrick & Dorothea Banesy, p WANNINGER, L. Combined processing of GPS, GLONASS, and SBAS code phase and carrier phase measurements. In: ION GNSS Fort Worth, USA Proceedings. Fort Worth, USA, pp