Mitigação do Multicaminho de
alta frequência no Posicionamento
Relativo GPS estático
ENIUCE MENEZES DE SOUZA
PROF. DR. JOÃO FRANCISCO GALERA MONICO
O PROBLEMA DO MULTICAMINHO
O GPS tem mostrado ser capaz de apoiar uma
grande variedade de aplicações.
Porém, estas
obstáculo:
aplicações
enfrentam
EFEITO DE MULTICAMINHO
unesp
unesp
um
EFEITO DE MULTICAMINHO
unesp
unesp
O PROBLEMA DO MULTICAMINHO
O multicaminho distorce:
a modulação do sinal e a fase da portadora
degrada a precisão e acurácia
no posicionamento relativo
Os sinais com multicaminho chegam com fase
da portadora e código atrasados;
unesp
unesp
O PROBLEMA DO MULTICAMINHO
O multicaminho depende:
do ângulo de elevação do satélite;
z da refratividade do meio onde se posiciona a
antena;
z das características da antena;
z do objeto refletor; e
z das técnicas utilizadas nos receptores para
reduzir os sinais refletidos.
z
Modelagem muito difícil
unesp
unesp
O PROBLEMA DO MULTICAMINHO
1.4
RESIDUOS DD Codigo PRN 17 e 09 12/09
1.2
1
0.8
(m)
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
0
50
100
150
Épocas
unesp
unesp
200
250
GEOMETRIA DO MULTICAMINHO PARA
UM REFLETOR HORIZONTAL
∆ϕ =
1
λ
di =
2h
λ
senE
d ( ∆ϕ ) 2h
dE
=
f =
cos E
dt
dt
λ
unesp
unesp
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
UTILIZANDO WAVELETS
Uma
possibilidade
de
mitigação
do
multicaminho pode ser realizada durante o
processamento de dados, ao nível de
observações de duplas diferenças DD;
O sinal (DD) é decomposto, separando as altas
freqüências (o efeito de multicaminho de alta
freqüência), das baixas freqüências (sinal,
propriamente dito);
Após o processo de decomposição, utilizando os
coeficientes wavelets, o sinal pode ser
reconstruído sem o efeito de multicaminho.
unesp
unesp
RESULTADOS e ANÁLISES
O experimento foi realizado no Centro
Olímpico (CO) de Presidente Prudente, a
aproximadamente 800 m da FCT/UNESP;
Um receptor Trimble 4600 LS foi fixo em um
tripé distando aproximadamente 90 m de
quatro prédios;
unesp
unesp
CENÁRIO DO EXPERIMENTO
TRIMBLE
unesp
unesp
CENÁRIO DO EXPERIMENTO
A coleta de dados foi realizada nos dias 12 e 15
de setembro de 2003 durante 2 h em cada dia;
Taxa de coleta de 15 s;
Máscara de elevação de 5º;
Para formar as linhas de base, utilizou-se os
dados coletados pela estação UEPP. A antena
utilizada nesta estação é uma choke ring;
Neste experimento pretende-se analisar o
multicaminho de alta freqüência, proveniente
de longos atrasos;
unesp
unesp
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA
UEPP
Norte Magnético
Prédios
CO
90 m
unesp
unesp
REPETIBILIDADE DA GEOMETRIA NOS
DOIS DIAS
Satélite base: PRN 17
unesp
unesp
REPETIBILIDADE DA GEOMETRIA NOS
DOIS DIAS
Satélites 10 e 05;
unesp
unesp
ERROS DE MULTICAMINHO NO CÓDIGO
1.5
1
RESIDUOS DD Codigo PRN 17 e 10 12/09
RESIDUOS DD Codigo PRN 17 e 10 15/09
RESIDUOS DD Codigo PRN 17 e 05 12/09
RESIDUOS DD Codigo PRN 17 e 05 15/09
0.8
1
0.6
0.4
(m)
(m)
0.5
0
0.2
0
-0.5
-0.2
-1
-1.5
-0.4
0
50
100
150
Épocas
unesp
unesp
200
250
-0.6
0
50
100
150
Épocas
200
250
MULTICAMINHO RECONSTRUÍDO (CÓDIGO)
2
1.5
Multicaminho DD Código PRN 17 e 10 12/09
1.5
Multicaminho DD Código PRN 17 e 10 15/09
1
1
0.5
(m)
(m)
0.5
0
0
-0.5
-0.5
-1
-1
-1.5
0
50
100
150
200
250
-1.5
Épocas
Multicaminho DD Código PRN 17 e 05 12/09
0.4
0
0.2
0.2
0.1
0.1
0
200
250
0
-0.1
-0.1
-0.2
-0.2
-0.3
150
(m)
(m)
0.3
100
Épocas
Multicaminho DD Código PRN 17 e 05 15/09
0.4
0.3
50
unesp
unesp
0
50
100
150
Épocas
200
250
-0.3
0
50
100
150
Épocas
200
250
ERROS DE MULTICAMINHO NA FASE
0.004
0.002
RESIDUOS DD Fase PRN 17 e 10 12/09
RESIDUOS DD Fase PRN 17 e 10 15/09
RESIDUOS DD Fase PRN 17 e 05 12/09
RESIDUOS DD Fase PRN 17 e 05 15/09
0.0015
0.003
0.001
0.0005
0.001
(m)
(m)
0.002
0
-0.0005
0
-0.001
-0.001
-0.0015
-0.002
0
50
100
150
Épocas
unesp
unesp
200
250
-0.002
0
50
100
150
Épocas
200
250
MULTICAMINHO RECONSTRUÍDO (FASE)
0.001
0.0015
Multicaminho DD Fase PRN 17 e 10 12/09
0.0008
0.001
0.0006
0.0004
(m)
0.0005
(m)
Multicaminho DD Fase PRN 17 e 10 15/09
0
0.0002
0
-0.0002
-0.0005
-0.0004
-0.001
-0.0015
-0.0006
0
50
100
150
200
-0.0008
250
Épocas
0.0006
0
50
100
150
200
250
Épocas
Multicaminho DD Fase PRN 17 e 05 15/09
0.0008
Multicaminho DD Fase PRN 17 e 05 12/09
0.0006
0.0004
0.0004
0.0002
0.0002
(m)
(m)
0
-0.0002
-0.0002
-0.0004
-0.0004
-0.0006
-0.0008
0
-0.0006
unesp
unesp
0
50
100
150
Épocas
200
250
-0.0008
0
50
100
150
Épocas
200
250
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
70
DD Codigo PRN 17 e 10 12/09 sem wave
DD Codigo PRN 17 e 10 12/09 com 12coef hard
60
50
(m)
40
30
20
10
0
-10
0
50
100
150
Épocas
unesp
unesp
200
250
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
unesp
unesp
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
Código
Fase
unesp
unesp
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
Estatística
GOM
Para comparar a qualidade das observações, antes
e após a correção do multicaminho de alta
freqüência, utilizou-se a estatística GOM
0,48
0,46
0,44
0,42
0,4
0,38
Sem correção do
multicaminho
Com correção do
multicaminho
1
Linha de base
unesp
unesp
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
Estatística
Ratio
Para verificar a confiabilidade da solução das
ambigüidades, os valores da estatística ratio são
apresentados
Sem correção do
multicaminho
99
98
Com correção do
multicaminho
97
96
95
94
1
Linha de base
unesp
unesp
ATENUAÇÃO DO MULTICAMINHO
Delta-Omega
Outro teste de discriminação proposto é
dado pela diferença entre σ22 e σ12.
35360
35340
35320
35300
35280
35260
35240
Sem correção do
multicaminho
Com correção do
multicaminho
1
Linha de base
unesp
unesp
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O mérito desse método de atenuação do
multicaminho no posicionamento relativo GPS
de alta precisão é a praticidade e o baixo custo
em seu desenvolvimento, já que é realizado no
processamento dos dados e não necessita de
uma antena ou um receptor específico.
O multicaminho de alta freqüência causa poucos
erros, entretanto, verifica-se que apenas com
as correções destes erros, já se obtém
melhoras
significantes
nos
resultados,
especialmente na solução das ambiguidades.
unesp
unesp
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRAASCH, M. S. Multipath Effects. In: PARKINSON, B. W. e SPILKER, J. J. Global
Positioning System: Theory and Applications. Cambridge: American Institute of
Aeronautics and Astronautics, 1996. v.1, p.547-68.
DAUBECHIES, I. Ten Lectures on Wavelets. SIAM, Philadelphia, PA, 1992. 357p.
FARRET, J. C. O efeito do multicaminho estático nas medidas da fase das
portadoras GPS. 2000. 132f. Tese (Doutorado em Ciências Geodésias) -Universidade
Federal do Paraná, Curitiba.
LEICK, A. GPS Satellite Surveying. New York: John Wiley & Sons, 1995. 560p.
MALLAT, S. A wavelet tour of signal processing. United States of America: Academic
Press, 1998. 577p.
PRESS et al. Numerical Recipes in C. United States of America: Cambridge, 1992.
994p.
XIA, L. Approach for Multipath Reduction Using Wavelet Algorithm. In:
INTERNATIONAL TECHNICAL MEETING, 14, 2001, Salt Lake City, UT.
Proceedings... Kansas City: The Satellite Division of the Institute of Navigation,
2001. p. 2134-43.
WEILL, L.R. Conquering Multipath: The GPS Accuracy Battle. GPS World, 1997a, v.8,
p.59-66.
unesp
unesp