Código computacional GINS para processamento de dados GPS

Esta seção visa descrever um pouco da história e das funcionalidades do código computacional utilizado neste trabalho para tratamento dos dados GPS em conjunto com procedimentos de avaliação do desempenho dos métodos PPP e IPPP.

O GINS (Géodésie par Integrations Numériques Simultanées) foi originalmente concebido nos anos 70 do século XX pelo grupo do CNES/GRGS (Centre National d'Études Spatiales / Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale) para tratar de dados geodésicos disponíveis.

O GINS é baseado em ajustamento via método dos mínimos quadrados (MMQ).

Segundo VASCONCELOS (2003), o MMQ, independente do modelo utilizado, tem se mostrado como solução mais eficiente no problema do ajustamento de observações, por conduzir a uma melhor estimativa da solução do sistema de equações que representa o modelo matemático adotado. Em outras palavras, trata-se de procedimento que torna mínima a soma dos quadrados dos resíduos mensurados pela diferença entre observações e estimativas do modelo, assumindo-se, em princípio, que os erros não são correlacionados, homocedásticos (com variância constante) e que se distribuam normalmente, de forma que se considerem independentes entre si. O leitor que se interessar por maiores detalhes e por variações do método de mínimos quadrados pode

80 consultar, por exemplo, as referências bibliográficas de DRAPER e SMITH (1981), GEMAEL (1994) e VASCONCELOS (2003).

O GINS é distribuído gratuitamente pelo CNES (Centre National d‘Études Spatiales), e as instruções para baixar o código podem ser adquiridas por meio do endereço eletrônico http://grgs.obs-mip.fr/index.php/eng/recherche /logiciels/GINS. O GINS é um código computacional projetado para processar dados de qualquer técnica geodésica, como SLR, VLBI, DORIS GNSS, dados da missão GRACE, GOCE, DSN (Deep Space Network), entre outros, que podem ser consultados em MARTY et al.

(2011).

As primeiras iniciativas de emprego GPS no GINS foram promovidas nos anos 90 do século passado a partir do satélite TOPEX, o qual possuía embarcado um receptor experimental GPS, que era capaz de observar seis (6) satélites simultaneamente para, assim, estimar, de forma mais precisa, a sua órbita. Nessa época, o GINS foi modificado para incluir, em seu processamento, os dados dos receptores GPS a bordo de satélites e os dados de receptores terrestres. Desde o início de 2004, o código computacional é usado para tratar a rotina de dados de rede de cerca de 100 estações GPS para o cálculo de produtos geodésicos precisos dos satélites GPS.

Em 2008, o CNES na sua associação ao CLS (Collecte Localisation Satellites) foi declarado como centro de análise do IGS, onde o GINS é utilizado para cálculos de produtos geodésicos precisos para GPS e GLONASS, utilizando, em seus produtos, a sigla nominada GRG.

As mudanças mais recentes têm procurado tornar o GINS operacional para tratamento massivo de dados, como é o caso do satélite CHAMP (lançado em 2000) e dos satélites GRACE (lançados em 2002), que embarcaram os receptores GPS como principal ferramenta de acompanhamento de suas órbitas. O código computacional é também utilizado em simulações, em testes de novos modelos e na preparação de futuras missões de aquisição de dados. É ainda empregado para a geração de produtos, como modelos do geopotencial, tomando-se, como exemplo, o modelo GRIM, e, mais recentemente, o modelo EIGEN, bem como para a determinação de parâmetros de rotação da Terra e como ferramenta de análise dos Centros de Serviço Internacional DÓRIS.

81 O GINS contribui com a experiência do CRC (IERS Combination Research Centers), mostrando sua potencialidade no tratamento de várias técnicas geodésicas, combinando, mais precisamente, cinco (5) técnicas em uma computação homogênea e simultânea. Segue um exemplo do uso e da potencialidade do GINS no tratamento de várias técnicas descritas por PERSOSANZ et al. (2008), conforme configuração ilustrada na Figura 3.4.

Figura 3.5 - Contribuição do GINS para o CRC (Fonte: PEROSANZ et al., 2008, adaptado pelo autor para português).

No trabalho realizado por MOREIRA (2010), o código computacional GINS do CNES/GRGS mostrou-se uma boa solução no tratamento de dados GPS. Nesse supracitado trabalho, foram realizados mais de 10 mil processamentos de dados obtidos por receptores GPS, comprovando a potencialidade desse código, capaz de fácil automatização e com uma vasta possibilidade de configuração com apoio do emprego de procedimentos de processamento como métodos PPP e dupla diferença, que permitiram uma escolha mais adequada dos resultados. Outros trabalhos mostraram a eficiência do código computacional GINS no processamento de dados PPP. Entre esses trabalhos, destacam-se o monitoramento de variações ocorridas em geleiras (LESCARMONTIER et al., 2012), trabalhos de calibração e validação de dados de altimetria espacial (CRÉTAUX, 2011, 2012), avaliação do método PPP cinemático

82 (FUND et al., 2012) e processamento de produtos precisos como órbitas e relógios que são fornecidos pelo centro de análise do IGS (Serviço Internacional GNSS) do CNES-CLS (LOYER et al., 2012) .

Durante os últimos 15 anos, o código computacional tem acompanhado a evolução de várias normas internacionais e algoritmos, com contínua evolução, de forma a melhorar o processamento e a modelagem de dados.

3.1.1.1 Treinamento e instalação do código computacional GINS

A licença do código computacional GINS foi adquirida para execução deste trabalho através do contato com o grupo do GRGS/CNES em Toulouse, onde também foi realizado o treinamento na utilização e instalação do código. Para instalar o GINS, necessita-se de uma plataforma Linux que contenha, em seus aplicativos instalados, o código Perl com versão v5.8 ou superior , o módulo Tk , responsável pela interface gráfica, e um acesso SHH para permitir a conexão segura com o servidor do GINS no CNES. Também é necessário um protocolo de comunicação fixo IP para liberar a conexão com o servidor e assinar o termo de licença que prevê o uso do código computacional para fins não comerciais e a citação de seu uso em trabalhos científicos.

Cumprida essa parte, é recebido o pacote de aplicativos iniciais e, através da conexão com o servidor do GINS, mediante a senha do usuário e IP registrados, é feita a instalação completa.

Durante o processamento de dados geodésicos, são enviados, para o servidor do CNES, chamado de BERENICE, uma série de arquivos contidos no computador do usuário, como, por exemplo, as variáveis observáveis GPS, arquivos de estação e de configuração do processamento. Após receber esses arquivos, o servidor analisa o período dos dados enviados e confere as solicitações definidas pelo usuário na base de dados do servidor, que contém arquivos como órbitas e relógios dos satélites e modelos físicos. Esses arquivos juntam-se aos arquivos enviados pelo usuário e formam um arquivo único chamado de FIC; então, esse arquivo FIC é devolvido para o usuário, e, localmente, no computador do usuário, é executado o processamento dos dados GPS (Figura 3.5).

83 Figura 3.6 - Esquema de envio de dados pelo usuário e pelo servidor do GINS (Fonte: BIANCALE et al., 2008, adaptado pelo autor para português).

No Brasil, o GINS foi instalado em um computador PC na CPRM, utilizando o IP fixo da companhia. Durante a execução do trabalho, foram realizadas várias visitas a Toulouse para acompanhamento do trabalho e definição de estratégias de processamento, totalizando meses de treinamento para desenvolver a aptidão necessária para execução do trabalho.