Efeito de multicaminho de alta frequência no posicionamento relativo GPS estático: detecção e atenuação utilizando wavelets

Abstract

O GPS tem mostrado ser capaz de apoiar uma grande variedade de aplicações. Porém, algumas aplicações enfrentam um obstáculo, ou seja, o efeito do multicaminho. O multicaminho é o fenômeno pelo qual um sinal chega à antena do receptor por caminhos múltiplos, devido à reflexão. O sinal refletido chega atrasado em relação ao sinal direto. Se estes atrasos forem curtos, ou seja, provenientes de reflexões próximas à antena do receptor, o efeito de multicaminho é caracterizado como de baixa freqüência, caso contrário, o efeito predominante é de alta freqüência. Este efeito distorce a modulação do sinal e a fase da portadora, conseqüentemente, degrada a acurácia e a precisão nos posicionamentos por ponto e relativo. Este efeito também pode impedir a fixação das ambigüidades, ou conduzir a uma solução incorreta das mesmas. Por isso, é de grande importância dispor de meios que possam atenuar o multicaminho. Uma possibilidade para atenuação deste efeito, tanto para fase como para a pseudodistância, é a utilização de uma poderosa ferramenta de análise espectral para o estudo de sinais: a transformada wavelets. Esta transformada decompõe o sinal, neste caso as duplas diferenças, separando as altas freqüências, onde se encontra o efeito do multicaminho proveniente de atrasos longos, das baixas freqüências, ou seja, a identidade do sinal e multicaminho de atrasos curtos. Após o processo de decomposição, utilizando os coeficientes wavelets o sinal pode ser reconstruído sem o efeito de multicaminho de alta freqüência. Esse procedimento é desenvolvido nesta dissertação de Mestrado. Os coeficientes wavelets relativos ao multicaminho obtidos das medidas de dupla diferença foram reconstruídos e, dessa forma, pôde-se analisar os erros e comprovar que satélites em baixos ângulos de elevação sofrem os maiores efeitos de multicaminho...

GPS has shown to be capable of supporting a wide variety of applications. However, some applications face a major problem. This is the effect of multipath; witch is a phenomenon whereby a signal arrives at a receiver via multiple paths. The multipath distorts the signal modulation and the carrier phase, degrading the accuracy and precision of absolute and relative positioning. This effect can impede the ambiguities fixation or to induce to an incorrect solution of the same ones. A possibility for the reduction of this effect, either for the carrier phase or the pseudorange is the use of a powerful tool of the spectral analysis to study the signals: wavelet transform. This transform decomposes the double differences signal separating the high frequencies, where there is the multipath effect from long delays, of the low frequencies, that is, identity of the signal and multipath of short delays. After the decomposition process, using the wavelets coefficients the signal can be reconstructed without the high frequency effects. This procedure is developed in this dissertation. The wavelet coefficients relative to the estimated and removed multipath from the double difference were reconstructed and these errors could be analyzed and verified as well that satellites at low elevation angles cause larger multipath errors. The daily multipath repeatability was also verified. Even the high frequency multipath not causing great errors, because the largest cause of these errors is the low frequency one, the correction of this effect provided improvements of up to 30% at the pseudorange average residuals and up to 14% for the carrier phase. The results also showed that the ambiguities solution was more reliable after the high frequency multipath correction. On the other hand, if there were no high frequency multipath effect, the proposed method will not affect the results...(Complete abstract click electronic access below)