Por Markus Brandl, Xiaoming Chen, Herbert Landau, Carlos Rodriguez-Solano e Ulrich Weinbach

Este artigo actualizações de julho de 2012 recurso de GPS do Mundo, em Tempo Real, Estendido GNSS, Posicionamento: Uma Nova Geração de Centímetro-Precisas de Redes.”

O Trimble CenterPoint RTX correction service, permitindo posicionamento absoluto de nível centímetro ao redor do mundo sem a necessidade de RTK reference-station infrastructure, está agora disponível para muitos usuários, incluindo integradores de equipamentos profissionais de alta precisão e produtos de consumo, como no setor automotivo. O acesso é fornecido através de uma biblioteca de software compatível com qualquer dispositivo GNSS. As correções agora contêm informações detalhadas de integridade para aplicações críticas à segurança.

a infra-estrutura RTX é composta por aproximadamente 120 estações de referência RTX distribuídas globalmente. Os receptores nessas estações transmitem dados de medição a 1 Hz para os centros de servidores RTX, onde os dados de correção são computados. Para fins de redundância, vários servidores nos Estados Unidos e na Europa são operados. Uma arquitetura à prova de falhas, evitando qualquer ponto de falha na cadeia de processamento, produziu uma disponibilidade muito elevada de correções. Hoje o sistema suporta GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou e QZSS satélites. É um sistema multi-frequência que suporta duas ou mais frequências para cada sistema de satélite.

O fluxo de correção está disponível para os usuários usando sinais de banda L broadcast via satélites geoestacionários e conexões IP. A L-band transmitida RTX data stream usa uma largura de banda de 600-2400 baud, e um formato de dados altamente comprimido com uma resolução de 1 milímetro, com uma latência média de 8 segundos no modo L-band e 5 segundos no modo IP. O fluxo de dados é criptografado através de um Advanced Encryption Standard (AES) com um comprimento de chave de 256 bits para garantir a transmissão segura. A integridade da transmissão de dados é assegurada com uma verificação de redundância cíclica de 32 bits associada a cada mensagem. O fluxo de correção RTX fornece informações sobre a posição do Satélite, Relógio de satélite, modelos ionosféricos e troposféricos, e biases de código e fase.

a determinação da órbita é feita em tempo real usando uma abordagem dinâmica reduzida com modelos dinâmicos e explorando a precisão das medições de fase após fixação de ambiguidade. Com base nas órbitas computadas, os relógios de satélite são estimados em 1 Hz, onde a fixação de ambiguidade de inteiro é realizada para os diferentes sistemas de satélite.a seguir, um modelo ionosférico global de camada única é computado e representado através de harmônicas esféricas. Existem atualmente duas áreas com uma rede mais densa do que a rede global, que cobrem a Europa e o continente americano com mais de 1.000 estações base. Usando estas estações, os modelos regionais ionosféricos e troposféricos são computados, que então fornecem uma rápida convergência (RTX-serviço rápido).

a informação da posição do satélite e do relógio tem precisão de centímetro e permite ao cliente calcular o posicionamento preciso do ponto (PPP) com resolução de ambiguidade da fase portadora. A tabela 1 mostra a precisão do serviço.

Uma vez que as ambiguidades são resolvidas, a solução de posição é precisa a alguns centímetros. O serviço padrão global RTX fornece tempos de convergência de 7 minutos a 20 centímetros (cm) de erro horizontal (95%) e a 2,5 cm (95%) em 13 minutos, Como mostrado na Figura 2. O serviço regional RTX-Fast (EUA, Europa) fornece tempos de convergência de menos de um minuto com precisão de centímetro. O tempo de convergência é de aproximadamente 13 segundos.

Para integração em dispositivos não-Trimble, uma biblioteca de software RTX é oferecida, o que dá ao usuário acesso em tempo real aos dados individuais no fluxo de correção RTX. Para o uso desta biblioteca em sistemas críticos para a segurança, tais como sistemas avançados de condução assistida (ADAS) ou condução semi-automatizada, esta biblioteca foi certificada para seguir a norma Asil-B ISO 26262 e a norma aSPICE automotiva. Esta biblioteca está disponível para fácil integração em aplicações de terceiros.

além da solução RTX em tempo real, uma solução de pós-processamento baseada na web está disponível para uso público gratuitamente. É possível carregar arquivos estáticos Trimble ou RINEX para o servidor, pós-processar os dados de medição, e recuperar uma posição precisa em vários quadros de coordenadas.

a integridade do serviço é continuamente monitorizada em estações independentes a partir das redes de rastreamento RTX na Europa e nos EUA. A integridade do serviço é fornecida no domínio de dados de correção. A parte de monitoramento de integridade do sistema RTX minimiza o risco devido a eventos como manobras de satélite não planejadas ou efemérides de transmissão errada; sinais de satélite ou anomalias de clock; tempestades ionosféricas; ou problemas na transmissão do fluxo de correção RTX.

As estações de monitorização calculam os resíduos de observação de fase (com fixação de ambiguidade) utilizando as medições da estação e as correcções de RTX recebidas. Estes resíduos representam os erros reais das correcções observados pelas estações de monitorização na linha de visão (Quadro 1). Os limiares a que as correcções são consideradas incorrectas são os seguintes: 0,5 m + QI (indicador de qualidade) para correcções orbitais + clock e modelos troposféricos regionais, e 1,0 m + QI para modelos ionosféricos regionais.

a monitorização da integridade consiste em duas etapas (Figura 1): uma verificação pré-transmissão, onde correcções potencialmente defeituosas são detectadas e filtradas antes de sair do servidor de computação, e uma verificação pós-difusão, onde são detectados erros adicionais no canal de transmissão e são emitidos alarmes para os utilizadores.

parâmetros de integridade e alarmes são constantemente inseridos no fluxo de correção e saída pela biblioteca cliente RTX. A informação relativa à integridade notifica os clientes da presença de monitorização da integridade e fornece alertas atempados em caso de correção detetada-violações da integridade dos dados. Os objetivos limite de tempo para Alerta são 17 segundos para a transmissão de banda L e 13 segundos para a transmissão IP para o serviço RTX.

As correcções RTX incluem indicadores de qualidade. Em particular, o indicador de qualidade para o relógio de satélite inclui uma bandeira “DoNotUse” para indicar problemas potenciais com o satélite em questão. Esta bandeira impede o uso do satélite para posicionamento quando recebido pelo Usuário. Os indicadores de qualidade das correcções são, de facto, uma primeira camada de integridade. Em 2017, o monitoramento de integridade pré-transmissão foi adicionado para atuar como uma segunda camada. Em 2019, com a adição do monitoramento de integridade pós-transmissão, uma terceira camada de integridade foi adicionada ao fluxo de dados de correção RTX.

O sistema RTX fornece acesso a correções de nível centímetro permitindo posicionamento de centímetro em uma base global. Os Serviços RTX-Fast estão disponíveis na Europa e nos EUA com monitoramento de integridade pré e pós – transmissão atualmente sendo implantado.os autores são engenheiros da Trimble Terrasat GmbH, Alemanha.