Posicionamento por Ponto Preciso multi-GNSS: Implementação e análises

Abstract

Para atividades que necessitam de estimativas de posição acuradas é convencionalmente empregado o posicionamento por Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS - Global Navigation Satellite Systems). Dentre os métodos existentes, destaca-se o Posicionamento por Ponto Preciso (PPP), que pode fornecer acurácia decimétrica a centimétrica para o usuário. Além do sistema norte-americano GPS (Global Positioning System), orbitam a Terra o GLONASS (GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), desenvolvido pela antiga União Soviética e que se encontra com constelação completa, o europeu Galileo em fase de implantação, apresentando-se com constelação completa, porém com previsão de operacionalidade para 2026, e o chinês BeiDou, que se encontra operacional. Atualmente, os quatro principais sistemas GNSS já operam de forma integrada ao nível do usuário, representando o estado da arte no posicionamento por satélites, com ganhos significativos em disponibilidade, redundância e acurácia. Esta dissertação teve como objetivo implementar e avaliar o desempenho do método PPP multi-GNSS. Os experimentos foram conduzidos com dados da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC), visando analisar o tempo de convergência, a acurácia posicional e a influência das condições atmosféricas brasileiras sobre o posicionamento. A implementação do software APPPOLO (Advanced Precise Point Positioning software for Optimized LOcalization) permitiu flexibilidade na exploração de diferentes estratégias de processamento, demonstrando robustez em diversos cenários. Os resultados demonstraram que o uso combinado das quatro constelações GNSS proporciona melhorias significativas em relação às soluções baseadas em sistemas individuais, apresentando os menores tempos de convergência entre todas as configurações testadas, com 7,6 minutos na componente horizontal e 12,0 minutos na componente vertical. Entretanto, constataram-se desafios específicos relacionados ao BeiDou, principalmente devido à baixa disponibilidade de observações desse sistema em algumas estações da RBMC, ocasionada por limitações de firmware de certos receptores. Além disso, destaca-se que os produtos orbitais e de relógio fornecidos por alguns centros de análise, como o CODE (Center for Orbit Determination in Europe), não incluem todos os satélites da constelação, o que impacta negativamente o desempenho da solução PPP quando se busca integrar plenamente esse sistema.

For activities that require accurate position estimates, Global Navigation Satellite Systems (GNSS) positioning is conventionally employed. Among the methods contained therein, the Precise Point Positioning (PPP) stands out, providing a decimeter to centimeter level accuracy for the user. In addition to the US GPS, three other systems are available: GLONASS, developed by the former Soviet Union and which is fully operational, the European Galileo in the implementation phase, presenting itself with a complete constellation, but expected to become operational in 2026, and the Chinese BeiDou, which is also operational. Currently, the four main GNSS constellations already operate in an integrated manner at the user level, representing the state of the art in satellite-based positioning, with significant gains in availability, redundancy, and accuracy. This dissertation aimed to implement and evaluate the performance of the multi-GNSS PPP method. Experiments were conducted using data from RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of the GNSS Systems) to analyze convergence time, positional accuracy, and the influence of Brazilian atmospheric conditions on positioning. The implementation of the APPPOLO (Advanced Precise Point Positioning software for Optimized LOcalization) software provided flexibility in exploring various processing strategies and demonstrated robustness across different scenarios. The results demonstrated that the combined use of the four GNSS constellations provides significant improvements over solutions based on individual systems, presenting the lowest convergence times among all tested configurations: 7.6 minutes for the horizontal component and 12.0 minutes for the vertical component. However, specific challenges were identified regarding BeiDou, mainly due to the limited availability of observations from this system at some RBMC stations, caused by firmware restrictions in certain receivers. Additionally, it is important to note that the orbital and clock products provided by some analysis centers, such as CODE, do not include all BeiDou satellites, which negatively affects the PPP performance when attempting to fully integrate this constellation.