Reconhecimento de padrões via Wavelets: aplicação no monitoramento de estruturas a partir do efeito do multicaminho proveniente de sinais de satélites GPS

Abstract

Atualmente o monitoramento contínuo de grandes estruturas é mais do que indispensável. O GPS (Global Positioning System) tem sido bastante utilizado, mas existem alguns desa os. Nem sempre é possível instalar um receptor diretamente na estrutura, como é o caso de vulcões ou morros com risco de desabamento. Além disso, os sinais rastreados podem ser obstruídos e/ou re etidos até mesmo na própria estrutura, causando o efeito de multicaminho. A qualidade das coordenadas estimadas depois do ajustamento das observações GPS é muito prejudicada por esse efeito. Muitos estudos têm tentado mitigar este efeito no intuito de obter um posicionamento mais acurado. No entanto, esta dissertação de mestrado apresenta uma aplicação inovadora em que o efeito do multicaminho ao invés de ser eliminado é analisado a m de avaliar e monitorar o objeto re etor sem a necessidade de acesso direto à estrutura, pois o receptor não necessita ser instalado diretamente na mesma, bastando estar próximo a ela de modo que cause o efeito do multicaminho. A metodologia proposta compara os espectros wavelet das séries temporais do efeito do multicaminho de dias consecutivos a m de obter um padrão e reconhecer a repetibilidade do efeito do multicaminho. Uma vez detectada alguma alteração desse padrão, pode-se a rmar ou não sobre a ocorrência de movimento em determinada estrutura. A transformada wavelet não-decimada aliada aos dados de pseudistância mostrou-se ideal para esta aplicação, sendo capaz de detectar o movimento da estrutura a partir de todas as séries temporais analisadas a um nível de signi cância de 5%

Nowadays, continuous monitoring of large structures is essential. The GPS (Global Positioning System) has been frequently used, but there are some challenges. In some cases it is impossible to install a receiver directly in the structure, such as volcanoes or hills at risk of collapse. Furthermore, the tracked signals can be obstructed and/or re ected even in the structure causing the multipath e ect. The quality of the estimated coordinates after adjustment of GPS observations is very prejudiced by this e ect. Many studies have attempted to mitigate this e ect in order to obtain a more accurate positioning. However, this work presents an innovative application in which the e ect of multipath instead of being eliminated is analyzed to evaluate and monitor the re ecting object without the need for direct access to structure. The receiver does not need to be installed directly in the structure, only be close in order to receive the re ected signal. The proposed methodology compared wavelet spectra of multipath time series of consecutive days to obtain a pattern and recognizing the repeatability of this e ect. Once a change is detected in these time series at a signi cance level, a displacement at a monitored structure could be indicated. Non-decimated wavelet transform combined to the pseudorange data proved to be ideal for this application, since it detected the structure movement from all examined time series considering a 5% signi cance level