Global Navigation Satellite System (GNSS) has revolutionized activities involving geodetic positioning. To achieve a desired accuracy, it is essential to model the atmosphere in an appropriate way. ...With respect to the neutral atmosphere, the signal sent by the satellite suffers a delay when crossing this layer during its travel to the receiver on the surface, the so-called neutral atmospheric delay. Although empirical models exist, they may not be suitable to represent microclimatic variations in different regions of the globe due to peculiarities that exist in diverse areas. To minimize this limitation, correction models based on numerical weather prediction (NWP) emerge. They allow the assessment of the delay from local atmospheric parameters and the evaluation of atmospheric particularities of each region. In addition, another way to obtain neutral atmosphere delay is by making use of data from radiosondes, which measure atmospheric data at various altitude levels. The main objective of this article is to investigate the performance of different models using GNSS data collected in countries with different climatic conditions. Assessment is performed on the positioning domain using the precise point positioning (PPP) technique. The results show that the proximity between the NWP-based models and radiosondes was approximately 3 cm, and that between empirical models was 5 cm, with variations that depended on the model and the region. Regarding the impact on the height component, the difference between the accuracy of the empirical and NWP models was approximately 16 cm.
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EMUNI, FIS, FZAB, GEOZS, GIS, IJS, IMTLJ, KILJ, KISLJ, MFDPS, NLZOH, NUK, OILJ, PNG, SAZU, SBCE, SBJE, SBMB, SBNM, UKNU, UL, UM, UPUK, VKSCE, ZAGLJ
The global navigation satellite system (GNSS) can provide centimeter positioning accuracy at low costs. However, in order to obtain the desired high accuracy, it is necessary to use high-quality ...atmospheric models. We focus on the troposphere, which is an important topic of research in Brazil where the tropospheric characteristics are unique, both spatially and temporally. There are dry regions, which lie mainly in the central part of the country. However, the most interesting area for the investigation of tropospheric models is the wet region which is located in the Amazon forest. This region substantially affects the variability of humidity over other regions of Brazil. It provides a large quantity of water vapor through the humidity convergence zone, especially for the southeast region. The interconnection and large fluxes of water vapor can generate serious deficiencies in tropospheric modeling. The CPTEC/INPE (Center for Weather Forecasting and Climate Studies/Brazilian Institute for Space Research) has been providing since July 2012 a numerical weather prediction (NWP) model for South America, known as Eta. It has yield excellent results in weather prediction but has not been used in GNSS positioning. This NWP model was evaluated in precise point positioning (PPP) and network-based positioning. Concerning PPP, the best positioning results were obtained for the station SAGA, located in Amazon region. Using the NWP model, the 3D RMS are less than 10 cm for all 24 h of data, whereas the values reach approximately 60 cm for the Hopfield model. For network-based positioning, the best results were obtained mainly when the tropospheric characteristics are critical, in which case an improvement of up to 7.2 % was obtained in 3D RMS using NWP models.
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EMUNI, FIS, FZAB, GEOZS, GIS, IJS, IMTLJ, KILJ, KISLJ, MFDPS, NLZOH, NUK, OILJ, PNG, SAZU, SBCE, SBJE, SBMB, SBNM, UKNU, UL, UM, UPUK, VKSCE, ZAGLJ
GNSS (Global Navigation Satellite Systems) can provide high accuracy positioning at low cost. But, depending on the sources of error, e.g. the atmospheric effects, this accuracy can be degraded. The ...ionosphere is one of the most important error sources in GNSS positioning. Among several effects caused by the ionosphere, irregularities such as ionospheric scintillations are very relevant. They can cause cycle slips, degrade the positioning accuracy and, when severe enough, can even lead to a complete loss of signal lock. Brazil, in particular, is located in one of the regions most affected by ionospheric scintillations and these effects were intensified during the last solar maximum. The main goal of this paper is to evaluate the impact of scintillation effects on the degradation of positioning during the last solar maximum. Data from 2012 to 2014 of three reference stations located in different regions of Brazil was used. Statistically significant correlations were identified from Spearman's correlation coefficient. Using Odds Ratio, an effect-size statistic, it was possible to see that the chance of large discrepancies in 3D positioning coordinates could be three times greater under strong scintillation effects (S4 ≥ 1) than under moderate ones (0.5<S4<1).
•Evaluation of Ionospheric scintillation effects on positioning degradation.•Data considering the last solar maximum (2012–2014).•Evaluation in different regions of Brazil, one of the most affect countries.•Robust statistical analysis, using different methods.•Large discrepancies in positioning obtained under strong scintillation effect.
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GEOZS, IJS, IMTLJ, KILJ, KISLJ, NLZOH, NUK, OILJ, PNG, SAZU, SBCE, SBJE, UILJ, UL, UM, UPCLJ, UPUK, ZAGLJ, ZRSKP
A atmosfera neutra (ou troposfera) causa refração nos sinais de radiofrequência, que resulta em erros nas medidas do Global Navigation Satellite Systems (GNSS) empregadas no posicionamento geodésico. ...Já para a Meteorologia esse efeito pode representar medidas importantes da concentração dos constituintes atmosféricos, principalmente em regiões onde não se pode realizar sondagem atmosférica convencional, por meio de radiossondas acopladas a balões. Duas técnicas GNSS podem ser empregadas para isso. A primeira utiliza receptores em estações terrestres que fornecem estimativas do conteúdo integrado verticalmente de umidade na atmosfera neutra (Precipitable Water Vapor - PWV). A segunda, com receptores localizados em plataformas espaciais, com os quais obtém perfis atmosféricos de pressão, temperatura e umidade, na técnica conhecida como Rádio-ocultação GNSS. Essas medidas têm um potencial significativo para aplicações em previsões de curtíssimo prazo (30 minutos) de eventos extremos de precipitação (>35 mm). O objetivo principal deste artigo é realizar uma revisão do estado da arte da sinergia entre a Geodésia e a Meteorologia na modelagem da atmosfera neutra (neutrosfera), seu efeito no posicionamento GNSS e na estimativa dos constituintes atmosféricos e suas aplicações. Além disso, apresenta os aprimoramentos e novos desafios desenvolvidos na modelagem do atraso para o posicionamento de alta acurácia.
O GNSS (Global Navigation Satellite Systems) proporciona a posição do usuário na superfície terrestre a partir das coordenadas dos satélites. Porém essas coordenadas são influenciadas por diferentes ...efeitos que causam erros na posição ï¬nal. Visando obter melhor qualidade das coordenadas esses efeitos devem ser minimizados ou eliminados. O sinal GNSS ao passar pela atmosfera sofre a influência da ionosfera e troposfera, porém com processamento de dupla frequência os efeitos de primeira ordem da ionosfera são eliminados. Assim os efeitos devido a troposfera passam a ser a maior fonte de erro no posicionamento GNSS. O ZTD (Zenital Tropospheric Delay) é o efeito da troposfera de maior magnitude, em média 2,4 cm no zênite e até dez vezes maior para ângulos de elevação próximos ao horizonte. Por essa razão o ZTD deve ser modelado visando a correção desse erro na solução ï¬nal. Para a modelagem do ZTD existem os modelos empíricos como Hopï¬eld e os modelos que utilizam a PNT (Previsão Numérica de Tempo). A previsão do ZTD regional é disponibilizada como um produto operacional no CPTEC/INPE (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) em parceria com a FCT-UNESP (Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista), o ZTD/CPTEC. Nesse trabalho foi realizada uma avaliação considerando dois anos de dados (2012 e 2013) e 5 estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), localizadas em diferentes regiões do Brasil, com o objetivo de avaliar o tempo de convergência da inicialização do PPP (Posicionamento por Ponto Preciso) e a acurácia do posicionamento ao utilizar os modelos de Hopï¬ eld e ZTD/CPTEC. Os resultados apontam que o maior ganho quando se usa PNT se refere a acurácia das coordenadas, visto que houve uma melhoria expressiva na qualidade dos resultados. Com o modelo de Hopï¬eld foi obtida uma acurácia média de 45 cm na primeira hora do processamento e 31 cm na solução ï¬nal. Já o ZTD/CPTEC apresentou em média acurácia de 26 cm na primeira hora e 9,3 cm na solução ï¬nal.
O posicionamento terrestre a partir dos sistemas globais de navegação por satélite iniciou-se na década de setenta, com a criação do sistema americano GPS (Global Positioning System). A partir da ...década de oitenta, a União Europeia iniciou um projeto para desenvolvimento de um sistema próprio, que resultou no sistema Galileo, que em 2003 teve sua fase de deï¬nição concluída. A ideia de integração de ambas as constelações surge do grande número de satélites disponíveis (no mínimo 24 satélites GPS e 27 Galileo, quando esta estiver completa), o que proporcionaria melhor precisão em áreas com visibilidade restrita e maior possibilidade de obter boa geometria no rastreio. No presente trabalho busca-se analisar as melhorias apresentadas no processamento de dados GPS e GPS em conjunto com Galileo no Posicionamento por Ponto com uso de pseudodistância, efemérides precisas e correções do atraso troposférico e ionosférico. Primeiramente é apresentada uma breve revisão das características do sistema GPS, bem como um histórico, características e estado da arte do sistema Galileo, e em seguida são realizados testes de posicionamento para períodos de março e julho de 2014. Para os testes foram utilizados dados de uma estação da Rede GNSS-SP; estes dados são disponibilizados em arquivos de observação no novo formato RINEX 3. Considerando-se todos os casos analisados nesse artigo, o uso integrado GPS e Galileo apresentou melhoria em relação ao uso independente do sistema GPS em 83,3% dos casos, melhoria essa que chega a 22,2%.
In Global Navigation Satellite Systems (GNSS), the effects of neutral atmosphere in electromagnetic signal propagation impacts directly on the quality of the final estimated position, leading to ...errors in the metric order. Using an atmospheric model is a good strategy to minimize these errors, because it becomes possible to obtain a neutral atmospheric delay with the same spatial and temporal resolution, taking into consideration particularities of the atmosphere treated by a numerical model. The regional model of the Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC) used in this paper has a spatial resolution of 15 km and a temporal resolution of 3 hours. Usually, the delay prediction of 3 hours is interpolated in time to GNSS applications and this can influence the quality of the values obtained in each interpolated epoch. Higher temporal resolutions can lead to lower errors in the final position. In this paper, the quality of delay predictions is evaluated for this atmospheric model with resolutions of 6 and 3 hours. The estimated delay, derived from meteorological data in the same location as the geodetic data, is considered as "truth". The temporal resolution of 3 hours shows better results than using 6 hours, particularly for the hydrostatic component in the initial prediction period, RMSE of 1.25 cm was reduced to 0.2 cm in NEIA station.
As tecnologias espaciais têm sido amplamente empregadas para fins de posicionamento, a principal e mais moderna é o GNSS (Global Navigation Satellite System). Para alcançar alta acurácia ...(centímetros) no posicionamento GNSS, é imprescindível realizar a modelagem atmosférica (ionosfera e troposfera). No que concerne à troposfera, seus efeitos nos sinais GNSS são modelados considerando duas componentes: a primeira gerada pela influência hidrostática representa cerca de 90% do efeito; a segunda ocasionada pela atmosfera úmida é geralmente menor, porém, sua variação temporal e espacial é muito maior, o que dificulta a sua modelagem. O modelo de Hopfield pode ser utilizado para minimizar os efeitos da troposfera nos sinais GNSS. Mas, dependendo da acurácia almejada, ele pode não ser adequado, principalmente em regiões mais ativas, como pode ser para a realidade brasileira. Para sanar essas limitações, vem sendo utilizado os modelos de Previsão Numérica do Tempo (PNT). Nesse artigo foi avaliada e quantificada a componente úmida do atraso troposférico (ZWD - Zenithal Wet Delay) em diferentes regiões do Brasil empregando dados da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo). Foi possível observar que os maiores valores do ZWD foram obtidos na estação SAGA e os menores na estação UFPR. Também foi realizada uma avaliação a respeito do uso do modelo de PNT eta15km no posicionamento por ponto. Os resultados mostraram que o uso do modelo de PNT ao invés de Hopfield traz melhorias significativas no posicionamento.
O posicionamento com o sistema GNSS (Global Navigation Satellite System) é atualmente a técnica mais utilizada para se obter a localização sobre a superfície terrestre ou próxima a essa. Depois dos ...efeitos causados pela ionosfera, a refração que o sinal sofre ao ultrapassar a neutrosfera pode ser considerada como uma das maiores fontes de erro no sinal, a qual gera um atraso, que rebatida na direção zenital é denominado atraso zenital neutrosférico (ZND), ou ainda atraso zenital troposférico (ZTD - Zenithal Tropospheric Delay). Esse atraso gera erros no posicionamento GNSS quando o mesmo não é devidamente modelado. Os modelos de Previsão Numérica de Tempo (PNT) são boas alternativas para a modelagem do ZND, pois como são alimentados diariamente por observações da atmosfera, os mesmos, geram previsões do ZND capazes de captar suas oscilações espaciais e temporais. No CPTEC/INPE são desenvolvidos e operacionalizados modelos de PNT globais e regionais, sendo os últimos dedicados ao melhor detalhamento sobre a América do Sul. No Brasil está operacional no CPTEC/INPE um processo que gera tais previsões com resolução espacial de 15 km e temporal de 3 horas, além de outras versões que contemplam outras sofisticações. Para determinar o impacto dessas melhorias na qualidade das previsões do ZND, o presente trabalho apresenta uma avaliação robusta das versões disponibilizadas, utilizando como referência os valores de ZND estimados a partir dos dados GNSS coletados pelas estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), levando em consideração: a variação sazonal, a continentalidade e a variação da altitude e latitude.
O posicionamento com o sistema GNSS (Global Navigation Satellite System) é atualmente a técnica mais utilizada para se obter a localização sobre a superfície terrestre ou próxima a essa. Depois dos ...efeitos causados pela ionosfera, a refração que o sinal sofre ao ultrapassar a neutrosfera pode ser considerada como uma das maiores fontes de erro no sinal, a qual gera um atraso, que rebatida na direção zenital é denominado atraso zenital neutrosférico (ZND), ou ainda atraso zenital troposférico (ZTD - Zenithal Tropospheric Delay). Esse atraso gera erros no posicionamento GNSS quando o mesmo não é devidamente modelado. Os modelos de Previsão Numérica de Tempo (PNT) são boas alternativas para a modelagem do ZND, pois como são alimentados diariamente por observações da atmosfera, os mesmos, geram previsões do ZND capazes de captar suas oscilações espaciais e temporais. No CPTEC/INPE são desenvolvidos e operacionalizados modelos de PNT globais e regionais, sendo os últimos dedicados ao melhor detalhamento sobre a América do Sul. No Brasil está operacional no CPTEC/INPE um processo que gera tais previsões com resolução espacial de 15 km e temporal de 3 horas, além de outras versões que contemplam outras sofisticações. Para determinar o impacto dessas melhorias na qualidade das previsões do ZND, o presente trabalho apresenta uma avaliação robusta das versões disponibilizadas, utilizando como referência os valores de ZND estimados a partir dos dados GNSS coletados pelas estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), levando em consideração: a variação sazonal, a continentalidade e a variação da altitude e latitude.
GNSS (GNSS - Global Navigation Satellite System) positioning is the most by used technique to obtain a location over terrestrial surface or close to it. After the effects generated by the ionosphere, the refraction that the signal suffers, when it goes through the neutrosphere, can be considered as one of the largest error sources in the signal, in which is generated a neutrospheric delay, also called Zenithal Tropospheric Delay (ZTD). When the ZTD is not modeled, significant errors in the GNSS positioning are observed. Numerical Weather Prediction models are good alternatives to obtain ZTD over South America, because they are fed daily by atmospheric observations and consequently they are able to capture the temporal and spatial oscillations of the ZTD values. In Brazil, a system is operating at CPTEC/INPE for the purpose of generating such forecasts with spatial resolution of 15 km and temporal of 3 hours. In order to assess the impact of the recent improvements in the quality of ZTD predictions, a robust evaluation of the ZTD predictions was performed, taking into consideration several analyses in the Brazilian territory, in which ZTD values obtained from GPS data collected by the RBMC stations were used as reference, considering the evaluation: seasonal, the continentality, altitude and latitude variation.
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