Seja em uma caminhada pela natureza ou dirigindo por uma rua movimentada da cidade, o GNSS é um companheiro confiável que o orienta com a máxima precisão. Embora seja fortemente afetado pela atividade ionosférica, os chamados erros ionosféricos. Oferecemos uma nova solução para corrigi-los: O Qinertia com seu modo Ionoshield.
Introdução ao GNSS
O Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) refere-se a uma constelação de satélites que fornecem sinais do espaço que transmitem dados de posicionamento e tempo para receptores GNSS. Agricultura, mapeamento, transporte, navegação - a tecnologia GNSS tem uma ampla gama de aplicações em todos os setores e na vida cotidiana.
Alguns dos sistemas GNSS mais importantes em operação são:
- O Sistema de Posicionamento Global ou GPS, desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA, é uma rede de satélites em órbita ao redor da Terra. Atualmente, há 30 satélites GPS em operação. Esses satélites transmitem continuamente sinais que contêm informações sobre sua localização e horário precisos.
- O Global Navigation Satellite Systems ou GLONASS é um sistema de navegação por satélite desenvolvido pela Rússia. O sistema tinha uma constelação inicial de 24 satélites.
- O Galileo é o Sistema Global de Navegação por Satélite da União Europeia. Seu objetivo é fornecer um sistema de posicionamento independente para a Europa e outras regiões.
- O sistema de navegação por satélite BeiDou ou BDS é o GNSS da China. Inicialmente, ele fornecia cobertura regional, mas com a conclusão da constelação BeiDou-3, agora fornece serviços de navegação global.
Erros atmosféricos
Uma das fontes mais significativas de erros no posicionamento do GNSS pode ser atribuída à atmosfera. Como os satélites e os receptores de sinal GNSS estão localizados em locais distantes, o sinal GNSS percorre milhares de quilômetros entre o satélite e o receptor. Durante essa jornada, o sinal passa por camadas atmosféricas.
A ionosfera é a camada da atmosfera entre 50 e 1.000 km acima da Terra. Essa camada externa da Terra contém partículas eletricamente carregadas chamadas íons. Elas afetam significativamente a transmissão do sinal GNSS, causando distorção e atraso.
Como os erros atmosféricos são difíceis de prever devido à sua natureza mutável, é difícil determinar seu impacto preciso nas posições calculadas.
Os atrasos causados pela atividade ionosférica podem variar de acordo com:
- A hora do dia
- A estação do ano
- Localização geográfica
- A atividade solar
Linhas de base
Os erros atmosféricos também dependem da distância entre a estação base de referência e o receptor do rover. A distância entre a estação base e o rover é conhecida como linha de base. Se os erros de linha de base não forem levados em conta, eles causarão erros de posicionamento significativos, especificamente em aplicações de linha de base longa.
A estação base é instalada em um local conhecido com precisão. Ela estima os erros GNSS e envia continuamente as correções para o receptor do rover.
O receptor do rover usa esses dados para corrigir todos os erros e calcular a posição exata. Isso funciona bem quando a estação base e o rover estão próximos.
Sabemos que quando vários receptores são colocados lado a lado em uma área aberta, eles tendem a apresentar erros semelhantes. Tanto a estação base quanto os receptores do rover sofrem o mesmo atraso devido à ionosfera e, portanto, apresentam erros idênticos. Isso é conhecido como um erro GNSS padrão.
Graças a essa característica exclusiva, podemos calcular a distância relativa entre os receptores com mais precisão. Isso facilita a correção dos erros atmosféricos pelos sistemas.
Por que a linha de base longa é particularmente interessante agora?
Quando a linha de base é longa, a atividade ionosférica introduz discrepâncias significativas entre a estação base e o rover. À medida que a atividade solar aumenta, as flutuações na ionosfera aumentam.
A cada onze anos, o campo magnético do Sol se inverte completamente.
Isso leva ao aumento da atividade solar (pico entre 2023 e 2025). Muitos pacotes modernos de software de correção oferecem soluções para levar em conta a longa linha de base e a atividade solar.
Como os usuários de GNSS podem minimizar os impactos do aumento da atividade ionosférica?
Para reduzir os impactos do aumento da atividade ionosférica nas operações de GNSS:
- Certifique-se de que seus sensores GNSS tenham o software mais atualizado para obter o melhor desempenho em rastreamento e posicionamento com GNSS.
- Use vários sistemas GNSS, como GPS, GLONASS, Galileo e Baidu, se estiverem acessíveis. Isso aumenta o número de observações usadas para posicionamento e traz uma gama maior de sinais GNSS rastreados. Mais dados levam a uma maior confiabilidade.
- Em tarefas de levantamento de alta precisão, realize duas ou mais medições em momentos diferentes e sob condições ionosféricas variáveis.
- Verifique a influência atual da ionosfera em sua área usando vários provedores de serviços de correção de GNSS.
- Escolha um método de correção GNSS que atenda a seus requisitos.
Correções de erros GNSS: RTK vs PPK
Imagine um mundo onde tudo é perfeito: sem erros dos dispositivos que recebem sinais, sem problemas dos satélites e sem interrupções da atmosfera. Nesse mundo ideal, o GNSS poderia apontar locais com incrível precisão.
Mas, na realidade, há erros que podem ocorrer. Há uma maneira de reduzir esses erros. É isso que vários GPS diferenciais, ou DGPS, fazem. O DGPS funciona usando informações de vários receptores para estimar os erros e removê-los.
Aplicativos, como levantamento topográfico, exigem maior precisão. Isso depende da tecnologia e dos recursos de correção do receptor.
Vários métodos de correção podem ser aplicados para lidar com o erro do lado do receptor:
- Cinemática em tempo real (RTK)
- Cinemática pós-processada (PPK)
Correções de RTK
O RTK usa um ponto de referência, como uma estação base, que fica perto do dispositivo GPS cuja localização queremos saber (chamado de rover).
Ao saber onde está a estação base e usar o algoritmo, o RTK pode se livrar dos erros que a estação base e o rover compartilham. Esses erros podem vir dos satélites e/ou da atmosfera.
Para corrigir os erros da atmosfera, o rover e a estação base precisam enfrentar os mesmos erros. É por isso que eles precisam estar próximos um do outro.
Graças ao RTK, o GPS pode ter precisão de até 1 centímetro. Esse método RTK é muito eficaz para soluções precisas de GPS, especialmente para levantamento de terras.
Correções de PPK
O PPK permite o pós-processamento preciso de dados GNSS para melhorar a qualidade das informações de localização. É especialmente valioso em cenários com condições de sinal GNSS desafiadoras, fornecendo resultados mais confiáveis e precisos.
É amplamente usado em aplicações como mapeamento por drones, levantamentos geodésicos e gerenciamento de ativos.
Agora a grande questão é qual método de correção é o melhor? Isso depende de vários fatores, como localização, comprimento da linha de base, atividade ionosférica, requisitos de precisão, confiabilidade e orçamento.
Métodos de correção de erros GNSS RTK e PPK
Vamos comparar dois dos métodos de correção mais populares:
| Critérios | RTK | PPK |
|---|---|---|
| Correção de dados | Fornece correção em tempo real para os dados de localização coletados. | Coleta dados de localização completos primeiro e fornece a correção fora do local. |
| Pós-processamento | Não requer pós-processamento dos dados e, portanto, não há necessidade de empregar um software de pós-processamento. | Requer software especializado. |
| Intensidade do sinal entre a estação base e o rover | Deve haver uma conexão constante entre a estação base e o receptor do rover. A perda de sinal leva à perda de dados e, portanto, introduz mais erros. | Não requer forte intensidade de sinal entre a estação base e o receptor do rover. |
| Ambiente de trabalho | Funciona melhor em condições de céu aberto, quando não há obstruções como árvores, prédios e montanhas. Quando há obstáculos que bloqueiam os sinais GNSS, é difícil manter a precisão confiável. | Mantém a precisão em nível decimétrico mesmo em locais com obstáculos (túneis, pontes, vales). Isso é possível usando artefatos algorítmicos, como o processamento Backward-Forward. |
| Linhas de base | Funciona para linhas de base de até 30 km. | Avalia e compensa os erros ionosféricos no caso de linhas de base mais longas. |
| Recuperação de registros danificados | N/A | Pode recuperar um registro danificado afetado por forte atividade solar usando "linha de base longa a posteriori" |
| Atividade solar | Não considera a atividade solar durante o cálculo dos dados. | Leva em consideração a atividade solar para decidir entre os modos de linha de base longa e curta. |