Investigações para a calibração relativa de antenas de receptores GNSS

Abstract

Resumo: O propósito desde trabalho é propor e investigar um método de calibração de antenas de receptores GNSS para a Primeira Base de Calibração de Antenas GNSS no Brasil(1ªBCALB). Foram realizados experimentos fundamentados em medições geodésicas e processamento computacional visando a calibração de antenas GPS, de diferentes modelos, via método de calibração relativo em campo. Os experimentos foram realizados no Instituto de Geodésia da Universidade de Karlsruhe. As correções do centro de fase (PCO e PCV) das antenas foram determinadas empregando programas específicos e devidamente representadas em diagramas de fase por meio de rotinas computacionais. As antenas Trimble modelo TRM22020.00+GP possuem centro de fase eletrônico mais estável comparado ao das antenas Leica modelo LEIAT502, as quais são mais vulneráveis ao efeito de multicaminho. A partir de levantamentos com diferentes equipamentos GPS, os resultados foram analisados visando detectar a influência causada pela alteração do entorno da estação nos resultados de calibração,para os quais se obtiveram diferenças de até 6 mm na componente vertical do PCO quando do emprego de diferentes pilares. Comprovou-se que as antenas GPS testadas possuem comportamento eletrônico distinto e estão sujeitas às influências do entorno da estação, e.g., o efeito de multicaminho dos sinais, que alteram a característica de recepção das antenas GPS e causam erros de até 1 cm no PCO. O efeito de multicaminho foi investigado considerando diferentes alturas da antena, objetivo que foi alcançado com o uso de dois adaptadores de diferentes comprimentos e um programa computacional para a detecção, localização e quantificação deste efeito. Foram realizados estudos acerca dos valores da razão sinal-ruído (SNR) de observações conduzidas em diferentes cenários. Mostrou-se que a SNR pode ser uma ferramenta para avaliar a qualidade das observações GPS. No Brasil, foram realizadas investigações preliminares em dois pilares geodésicos, edificados na cobertura do auditório anexo ao observatório astronômico da Universidade Federal do Paraná. Estes pilares constituem parte da 1ªBCALBR a ser estabelecida segundo diretrizes internacionais para levantamentos geodésicos de alta precisão. Inerente à construçãodos pilares está a monitoração da estrutura do edifício no qual os pilares foram construídos, tarefa de extrema importância para garantir a confiabilidade dos levantamentos. Foram empregados receptores e antenas geodésicas para a realização dos primeiros rastreios na 1ªBCALBR. Os dados foram usados para a realização das primeiras análises de multicaminho e emprego de valores de correção do centro de fase de antenas. Mostrou-se que a aplicação de correções do centro de fase de diferentes origens no pós-processamento causou diferenças de até 1 cm na coordenada vertical.

Abstract: The purpose of this work is to investigate a GNSS antenna calibration method to beintroduced in the first GNSS antenna calibration base in Brazil (called 1ªBCALBR).Geodesic measurements were carried out in the Institute of Geodesy of the Universityof Karlsruhe aiming at the calibration of GPS antennas. Different antenna models werecalibrated through relative field calibration. Phase center corrections (PCO and PCV)were estimated using specific programs. The phase center diagrams were outlined withcomputational routines. It was revealed that the Trimble antennas TRM22020.00+GPhave homogeneous electronic behavior in comparison to the Leica antennasLEIAT502, which is more vulnerable to multipath effect. The calibration results wereanalyzed aiming at the detection of influences caused by modifications in the vicinitiesof the GPS station. Differences of up to 6 mm in the vertical component of the PCOare evident for measurements carried out on different pillars. The tested antennasexhibited distinct electronic behavior. They are sensitive to all influences of stationvicinities, e.g., multipath effect, that causes error of up to 1 cm in the PCO. Themultipath effect was investigated considering different antenna heights. Two adaptersof different lengths were used to simulate different antenna heights. The detection,localization and quantification of this effect were performed by using specificsoftware. Studies concerning the signal to noise-ratio (SNR) values as a tool toevaluate the quality of GPS measurements were carried out considering differentscenarios. In Brazil, preliminary measurements on two geodesic pillars were carriedout. These pillars were built on the roof top of the astronomical observatory of theFederal University of Paraná. They were built according to international guidelinesand constitute part of the 1ªBCALBR to be established for geodesic purposes. Inherentto the construction of these pillars is the vertical monitoring of the building, which isof great importance to assure geodetic measurements with high precision. The firstmeasurements on the 1ªBCALBR were carried out for multipath analysis as well theuse of antenna phase center corrections to investigate changes in the coordinates. Theintroduction of antenna phase center corrections from different sources causedifferences of up to 1 cm in the vertical coordinate.