Controle de qualidade na estimativa do atraso instrumental no posicionamento GNSS : implementação e avaliação

Abstract

Resumo: Com a abrangência das tecnologias de aquisição de dados espaciais, suas aplicações vêm sendo cada vez mais empregadas na sociedade partindo da necessidade de realizar o posicionamento de maneira acurada utilizando o GNSS (Global Navigation Satellite System). Haja vista que a refração ionosférica é uma das principais fontes de erro no GNSS, sua correta modelagem é de extrema importância para a realização do posicionamento. O erro devido à esta refração nos sinais GNSS é diretamente proporcional ao TEC (Total Electron Content). Entretanto, para o cálculo do TEC a partir das observáveis GNSS, torna-se necessária a utilização dos valores do efeito da tendência instrumental do satélite e do receptor. Este efeito é resultante dos atrasos que o sinal GNSS sofre ao percorrer o hardware do satélite e do receptor. A estimativa dos efeitos instrumentais assim como sua devida correção no atraso ionosférico já vem sendo aplicada e se demonstrando eficaz. Há estudos onde são analisados os efeitos ionosféricos sem a correção da tendência instrumental do receptor em comparação com os mesmos corrigidos desta tendência. Tais estudos, demonstram que a correção destes valores de tendência acarretam em diferenças entre os atrasos ionosféricos estimados para estações próximas (linhas de base inferiores a 1 km) da ordem de decímetros as quais antes da correção das tendências de hardware apresentavam discrepâncias métricas. Porém, ainda se tem a necessidade de averiguar a presença de outliers nas observações dos modelos implementados. Dito isto, o objetivo principal dessa pesquisa é realizar a aplicação do controle de qualidade por meio do método Data Snooping (DS) nas observáveis ionosféricas obtidas através do PPP com resolução de ambiguidades, visando aprimorar a estimativa dos valores de tendência instrumental do receptor e, consequentemente, a qualidade do posicionamento e navegação GNSS. Com isso, foram testados níveis de significância para a aplicação do procedimento de controle de qualidade, resultando no nível ideal de 0,4% onde a partir deste obteve-se uma menor variabilidade nos valores diários de atraso instrumental. Para aplicação do método, foram utilizados dois pares de estações GNSS, cada par com distâncias próximas, porém em regiões distintas do globo. Foi analisado o período de dados de um mês para essas estações, no qual atentou-se em escolher um período onde não havia alta perturbação na ionosfera para que as análises não fossem tendenciosas. Após a aplicação da metodologia proposta, foi identificada a redução de cerca de 90% e 80% na variação média do atraso ionosférico corrigido em relação ao atraso sem a aplicação do DS, demonstrando assim a eficiência de um controle de qualidade rigoroso nesta estimativa.

Abstract: With the scope of space technologies, their applications have been increasingly used in society based on the need to accurately position them using the GNSS (Global Navigation Satellite System). Considering that the ionospheric refraction is one of the main sources of error in GNSS, its correct modeling is extremely important to carry out the positioning. The error due to this refraction in GNSS signals is proportional to the TEC (Total Electron Content). However, to calculate the TEC from the GNSS observables, it is necessary to use the values of the hardware delay effect of the satellite and the receiver. This effect is the result of the delays that the GNSS signal undergoes when traveling through the satellite and receiver hardware. The estimation of instrumental effects as well as its proper correction in ionospheric delay has already been applied and has proven to be effective, studies where the ionospheric error is analyzed without the estimation of the instrumental tendency of the receiver and compared with ionospheric error corrected for this tendency, show that the correction of these values resulted in a difference between stations in the place of decimeters where it was metric before. However, there is still a need to investigate the presence of outliers in these implemented models. That said, the main objective of this research is to carry out the application of quality control through the Data Snooping method on the ionospheric observables obtained through the PPP with ambiguity resolution, aiming to improve the estimation of the instrumental bias values of the receiver and, consequently, the quality and navigation of GNSS positioning. Thus, significance levels were tested for the application of the quality control procedure, resulting in the ideal level of 0.4%, from which a smaller variability in the daily values of instrumental delay was obtained. For the model apply, two pairs of GNSS stations were used, each pair with short baselines, but in different regions of the globe, the data period of one month for these stations was analyzed, taking care to choose a period where not there was high disturbance in the ionosphere so that the analyzes were not biased. After applying the proposed methodology, a reduction of about 90% and 80% was identified in the average variation of the corrected ionospheric delay in relation to the delay without the application of DS, thus demonstrating the efficiency of a rigorous quality control in this estimate.