Influência da ionosfera no posicionamento GPS: estimativas dos resíduos no contexto de duplas diferenças e eliminação dos efeitos de 2ª e 3ª ordem

Abstract

Dados de receptores GPS de dupla freqüência são, em geral, processados utilizando a combinação ion-free, o que permite eliminar os efeitos de primeira ordem da ionosfera. Porém, os efeitos de segunda e terceira ordem, geralmente, são negligenciados no processamento de dados GPS. Nesse trabalho, esses efeitos foram levados em consideração no processamento dos dados. Foram investigados os modelos matemáticos associados a esses efeitos, as transformações envolvendo o campo magnético da Terra e a utilização do TEC advindo dos Mapas Globais da Ionosfera ou calculados a partir das pseudodistâncias. Numa outra investigação independente, os efeitos residuais de primeira ordem da ionosfera, resultantes da dupla diferença da pseudodistância e da fase da onda portadora, foram considerados como incógnitas no ajustamento. Porém, esses efeitos residuais foram tratados como pseudo-observações, associados aos processos aleatórios random walk e white noise e, adicionados ao algoritmo de filtro de Kalman. Dessa forma, o modelo matemático preserva a característica de número inteiro da ambigüidade da fase, facilitando a aplicação de algoritmos de solução da ambigüidade, que no caso desse trabalho, utilizou-se o método LAMBDA. Para o caso da consideração dos efeitos de segunda e terceira ordem da ionosfera, foram realizados processamentos de dados GPS envolvendo o modo relativo e o Posicionamento por Ponto Preciso. Os resultados mostraram que a não consideração desses efeitos no processamento dos dados GPS pode introduzir variações da ordem de três a quatro milímetros nas coordenadas das estações.

Data from dual frequency receiver, in general, are processed using the ion-free combination that allows the elimination of the first order ionospheric effects. However, the second and third order ionospheric effects, generally, are neglected in the GPS data processing. In this work, these effects were taken into account in the GPS data processing. In this case, it was investigated the mathematical models associated with the second and third order effects, the transformations involving the Earth magnetic field and the use of TEC from Ionosphere Global Maps or calculated from the pseudoranges. The first order ionosphere residual effects, resulting from pseudorange and phase double difference, were taken into account as unknown in the adjustment. However, these effects were treated as pseudo-observables and it was associated with the random process random walk and white noise and added to the Kalman filter algorithm. Therefore, the mathematical model preserves the phase ambiguity “integerness”, facilitating the application of ambiguity resolution approaches, which in the case of this work, it was used the LAMBDA method.