O erro de múltiplos caminhos é um problema comum em sistemas de posicionamento baseados em satélite, como os sistemas globais de navegação por satélite (GNSS). Especificamente, ele ocorre quando os sinais de um satélite chegam ao receptor por meio de vários caminhos. Como resultado, esses sinais causam imprecisões nos dados de posicionamento. Para resolver esse problema, os engenheiros e pesquisadores devem entender e atenuar o erro de multicaminho para melhorar a precisão dos sistemas GNSS usados em navegação, levantamento e aplicações científicas.
Além disso, refere-se às imprecisões no posicionamento do GNSS que surgem quando os sinais de satélite refletem ou se espalham em superfícies próximas, como prédios, árvores ou o solo.
Em vez de receber um único sinal direto do satélite, o receptor GNSS detecta vários sinais que percorrem caminhos diferentes antes de chegar à antena. Consequentemente, a interferência entre esses sinais leva a erros na posição calculada.
Os principais aspectos do erro de multicaminho são:
- Reflexão do sinal: Os sinais refletidos ricocheteiam nas superfícies antes de chegar ao receptor, causando discrepâncias nos cálculos de tempo e posicionamento do sinal.
- Dispersão de sinal: Os sinais dispersos se espalham após atingirem superfícies irregulares, complicando ainda mais a recepção e a medição de dados precisos.
- Diferença de caminho: Os comprimentos variáveis dos caminhos de sinal resultam em diferenças no tempo de percurso do sinal, contribuindo para erros de posicionamento.
3 causas de erro de multicaminho
O erro de multicaminho é influenciado por vários fatores ambientais e técnicos. A compreensão dessas causas ajuda a desenvolver estratégias eficazes para minimizar seu impacto na precisão do GNSS.
1 - Superfícies refletivas
Um exemplo de superfícies reflexivas são as superfícies duras, como edifícios, pavimentos e corpos d'água, que podem causar a reflexão dos sinais de satélite. Essas reflexões chegam ao receptor junto com o sinal direto, causando erros na medição do tempo de viagem do sinal.
Ambientes urbanos
Em cidades com edifícios e infraestrutura densos, o erro de multicaminho é mais pronunciado devido ao maior número de superfícies reflexivas. Isso pode afetar gravemente a precisão dos sistemas de posicionamento em ambientes urbanos.
Corpos d'água
Grandes corpos d'água, como lagos e oceanos, podem refletir os sinais GNSS, levando a erros de caminhos múltiplos. A natureza reflexiva das superfícies de água pode causar interferência complexa no sinal.
2 - Irregularidades da superfície
Irregularidades da superfície: Superfícies irregulares ou desiguais podem dispersar os sinais GNSS em várias direções. Esses sinais dispersos podem se misturar com os sinais diretos, criando erros no cálculo da posição.
Características do terreno
Características naturais como colinas, árvores e afloramentos rochosos podem dispersar e refletir os sinais GNSS, contribuindo para o erro de multicaminho. As irregularidades do terreno afetam a propagação e a recepção do sinal.
Estruturas artificiais
Estruturas como antenas, cercas e superfícies de veículos também podem causar dispersão e reflexão do sinal. Essas estruturas introduzem caminhos adicionais para o sinal percorrer, aumentando o potencial de erro de caminhos múltiplos.
3 - Condições atmosféricas
As variações nas condições atmosféricas, como temperatura e umidade, podem afetar a propagação dos sinais GNSS. Essas condições podem influenciar indiretamente o erro de multicaminho, alterando as características dos sinais refletidos ou dispersos.
Variações de temperatura
As mudanças de temperatura podem afetar a densidade e a composição da atmosfera, influenciando a propagação e a reflexão dos sinais GNSS.
Níveis de umidade
A alta umidade pode causar alterações no índice de refração da atmosfera, afetando o caminho do sinal e contribuindo para o erro de multipercurso.
Estratégias de atenuação para erros de múltiplos caminhos
Várias técnicas e tecnologias são empregadas para reduzir o impacto do erro de multicaminho na precisão do posicionamento do GNSS. A implementação dessas estratégias pode aumentar significativamente a confiabilidade dos sistemas de navegação.
Tecnologia avançada de receptor
Os receptores GNSS modernos são equipados com recursos avançados de processamento de sinal para identificar e atenuar a interferência de múltiplos caminhos. Esses receptores usam algoritmos para distinguir entre sinais diretos e refletidos.
Algoritmos de detecção de caminhosmúltiplos
Os receptores usam algoritmos para detectar e filtrar sinais de caminhos múltiplos. Esses algoritmos analisam as características dos sinais de entrada para separar os sinais diretos dos refletidos.
Técnicas de processamento de sinais
Técnicas avançadas de processamento de sinais, como filtragem adaptativa e análise de correlação, ajudam a reduzir os efeitos do erro de multicaminho(rejeição de multicaminho). Essas técnicas melhoram a precisão do posicionamento, aprimorando a qualidade dos sinais recebidos.
Projeto da antena
O design e o posicionamento das antenas GNSS desempenham um papel fundamental na minimização do erro de multicaminho. As antenas com projetos específicos podem reduzir a sensibilidade aos sinais refletidos.
Planos de aterramento
O uso de planos de aterramento ou superfícies reflexivas ao redor da antena pode ajudar a melhorar a recepção do sinal, reduzindo o impacto das reflexões de superfícies próximas.
Posicionamento da antena
O posicionamento adequado das antenas GNSS, longe de superfícies refletoras e de possíveis fontes de interferência, ajuda a reduzir o erro de multicaminho. Garantir uma linha de visão clara para o céu minimiza as chances de reflexos e dispersão do sinal.
Técnicas de pesquisa e processamento de dados
Em aplicações científicas e de levantamento, as técnicas de pós-processamento podem ser usadas para corrigir erros de multicaminho. Essas técnicas envolvem a análise de dados coletados ao longo do tempo para identificar e corrigir erros causados por efeitos de multicaminho.
Correções pós-processamento
As ferramentas e os algoritmosdo software de pós-processamento podem analisar os dados GNSS registrados para identificar e corrigir erros de caminhos múltiplos. Essas correções melhoram a precisão dos resultados de posicionamento e medição.
Uso de estações de referência
As estações de referência com localizações fixas podem fornecer dados de correção para ajustar os erros de multicaminho nas medições de GNSS. Essa técnica é comumente usada em aplicações de alta precisão.
O erro de multicaminho é um desafio significativo no posicionamento do GNSS que surge da reflexão e da dispersão dos sinais de satélite. Compreendendo as causas do erro de multicaminho e implementando estratégias eficazes de atenuação, é possível aumentar a precisão e a confiabilidade dos sistemas GNSS.
A tecnologia avançada de receptores, o projeto adequado de antenas e as técnicas de processamento de dados desempenham um papel fundamental no tratamento da interferência de multicaminho, garantindo que os aplicativos de navegação e posicionamento obtenham um desempenho ideal em vários ambientes.