Caraterísticas do sinal GNSS

A categorização do sinal eletromagnético da onda portadora (carrier beat phase) emitido pelo sistema GPS na frequência da banda micro-ondas L pode ser subdividida em vários tipos de PRN (PseudoRandom Noise), que indicam a natureza do código do sinal. Os códigos principais são o C/A (coarse/acquisition), P (preciso), M (militar) e C (civil), que podem ter diferentes precisões, restrições e propriedades. A transmissão do sinal de fase nas bandas L1 (frequência 1575.42 MHz, comprimento de onda 19.05 cm) e L2 (frequência 1227.6 MHz, comprimento de onda 24.45 cm) permite obter a elevada precisão nos produtos através de observações simultâneas a partir de várias estações (Hofmann-Wellenhof et al., 2008; Herring et al., 2010). Esta observável é utilizada para calcular a diferença de fase na transmissão do sinal entre cada satélite e recetor, que é medida num número inteiro de ciclos da frequência da onda portadora. Existe ainda a transmissão do sinal L5 (frequência 1176.45 MHz, comprimento de onda 25.50 cm), que está disponível apenas nos satélites GPS mais recentes e faz parte da estratégia de modernização do sistema, procurando garantir um sinal mais forte, preciso e com menos suscetibilidade de interferência (Hofmann-Wellenhof et al., 2008).

As observações de código C/A são mais grosseiras, mas permitem estimar uma medida definida como a pseudo-distância, sendo determinada através do tempo de viagem do sinal entre o recetor e o

Estimação do campo 3D do vapor de água através de técnicas de tomografia por GNSS e InSAR

23 satélite. Esta informação é útil para o cálculo da posição relativa de um recetor num determinado instante (Herring et al., 2010), por exemplo na navegação GPS automóvel. Para além disso é ainda útil para auxiliar no posicionamento geodésico, em particular para a estimação no erro da medição do relógio do recetor e resolução da ambiguidade de fase da onda portadora. Na determinação do posicionamento absoluto de precisão é utilizada a informação de fase da onda no código P. Os dados de navegação são modulados tanto em código P como em C/A e contêm informação temporal dos satélites (efemérides e almanaque). As observações de fase têm um nível de ruído muito reduzido e uma elevada precisão (1 a 2 mm) em comparação com as observações de pseudo-distância que têm precisão de alguns metros (10 m) (Braun, 2004).

A transmissão da onda portadora do sinal no sistema Galileo foi otimizada através da utilização de diversas frequências micro-ondas que melhoram a qualidade do sinal e são mais resistentes a interferências, o que implica uma necessidade de melhoria tecnológica nos recetores que captam apenas GPS e GLONASS. Contudo, algumas frequências são as mesmas do GPS; banda E1 equivalente à banda L1 do GPS e banda E5a equivalente à L5. As restantes bandas são compostas pelos sinais: E6 com frequência 1278.75 MHz e comprimento de onda 23.4 cm, E5 com frequência 1191.80 MHz e comprimento de onda 25.2 cm e E5b com frequência 1207.14 MHz e comprimento de onda 24.8 cm (Undertaking et al., 2008). Esta última frequência é a mesma que a frequência G3 utilizada no sistema GLONASS, enquanto os sinais E6 são muito próximos de frequências dos radares meteorológicos. Esta particularidade da sobreposição das frequências trará benefícios na construção de recetores híbridos capazes de receber simultaneamente e processar conjuntamente a informação destes sistemas GNSS. A implementação de sinais no espectro eletromagnético da banda C e S em futuros satélites também está a ser equacionada (Hofmann-Wellenhof et al., 2008). Outro ponto em comum é o facto de ambas as constelações estarem praticamente sincronizadas no tempo (Hahn e Powers, 2005), assegurando uma interoperabilidade entre os sistemas GPS e Galileo (Hofmann-Wellenhof et al., 2008). Os dados obtidos a partir do Galileo terão uma razão de nível ruído mais baixa e também menores erros de multi-trajeto permitindo a obtenção de mapas ionosféricos e atrasos troposféricos mais precisos (Dow et al., 2007).

A coexistência do Galileo e de outros sistemas GNSS juntamente com o GPS, em condições semelhantes de total operacionalidade e fiabilidade nas medições, representa uma oportunidade para melhorar a precisão e a robustez dos produtos obtidos através desta técnica. O esforço de interoperabilidade entre os vários satélites GNSS atualmente disponíveis permite a combinação de serviços e a obtenção de produtos recorrendo a uma técnica recentemente desenvolvida que é conhecida na literatura como processamento multi-GNSS (Li et al., 2014; Montenbruck et al., 2014). O processamento dos dados com vários satélites de sistemas diferentes aumenta o número de observações medidas por cada recetor e consequentemente o número de linhas de vista que cruzam a atmosfera, melhorando a geometria, o tempo de processamento, a redundância e a robustez das medições do vapor de água integrado (Li et al., 2015a; Benevides et al., 2016b). Presentemente o GPS permite uma cobertura global de 8 a 12 satélites em média por cada recetor, utilizando um ângulo de corte de 10 graus (Shangguan et al., 2013; Brenot et al., 2014).

A distribuição dos satélites no horizonte é importante para a exatidão do posicionamento que de modo geral é medida em unidades de DOP (Dilution Of Precision). No cenário futuro em que o Galileo esteja totalmente operacional e seja processado juntamente com o GPS, o número de observações por recetor pode aproximadamente duplicar e a DOP será melhorada devido ao aumento do número dos satélites e consequente melhoria da sua distribuição geométrica pelo horizonte (Constantinescu e Landry, 2005). Contudo, neste cenário a precisão e rapidez na determinação do posicionamento será maior, mas não duplicará necessariamente a sua precisão, sendo o aumento da redundância no cálculo de uma solução

Capítulo 2: Descrição teórica geral

24

multi-GNSS o fator mais importante comparativamente a uma solução tradicional obtida apenas com observações GPS.

A frequência dos novos sinais oferecida pela modernização da constelação GPS e pela futura constelação Galileo contribuirá também para uma melhoria no erro obtido na estimação das componentes atmosféricas, tanto na estimação do campo ionosférico como na redução do erro no atraso troposférico (Karabatic et al., 2011; Li et al., 2014). O processamento em conjunto de várias frequências de sinais GNSS melhora a resolução da ambiguidade de fase facilitando a estimação do posicionamento e a determinação das componentes do sinal observado (Hofmann-Wellenhof et al., 2008; Montenbruck et al., 2014). Com a modernização e evolução dos presentes e futuros sistemas de navegação, o desenvolvimento de recetores capazes de observar todos os sinais GNSS e o aperfeiçoamento das técnicas de processamento multi-GNSS, é expectável que com o incremento do número de raios a rastrear a atmosfera a técnica da tomografia GNSS aumente de precisão, fornecendo deste modo informação mais completa e precisa sobre o estado do vapor de água na atmosfera.