Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Banca: Maurício Galo / Banca: João Fernando Custódio da Silva / Banca: Irineu da Silva / Banca: Edson Aparecido Mitshita / Resumo: Os pontos de controle são fundamentais nos processos de orientação de imagens. Mesmo com o desenvolvimento e consolidação das técnicas de levantamento aéreo pela integração de Sistemas de Posicionamento por Satélites (Global Navigation Satellite System - GNSS) e sistema inercial, que possibilitam a orientação direta do sensor, pontos de controle são necessários para corrigir erros sistemáticos e avaliar a confiabilidade e a acurácia dos dados. A localização desses pontos de controle nas imagens ainda é uma tarefa realizada por um operador, sendo uma fonte adicional de erros devido às incertezas na identificação visual. Assim, este trabalho propõe um fluxo automático para obter coordenadas de pontos de controle e localizá-las nas imagens aéreas com precisão subpixel. A abordagem baseia-se em cenas terrestres verticais de áreas com características distinguíveis, contendo um ponto levantado por receptor GNSS (como um ponto de controle). Essas cenas terrestres são usadas na correspondência com janelas em imagens aéreas para transferir o ponto levantado. Algoritmos de correspondência de imagem baseada em área e em características são aplicados nessa tarefa, além de um posterior refinamento adaptativo por mínimos quadrados. Para realizar o fluxo automático, desenvolveu-se uma técnica de coleta de imagens terrestres na forma necessária. Além dessa técnica, outras foram desenvolvidas para: preparar a cena terrestre de controle com retificação e ortorretificação; localizar o ponto de controle em janela de busca na imagem aérea e minimizar as diferenças na correspondência entre imagens terrestre e aérea, definindo melhor a posição subpixel do ponto. Vários experimentos avaliaram a viabilidade e a acurácia alcançada com as técnicas propostas usando ajustamento por feixes de raios em modelos e blocos de imagens... / Abstract: Control field is essential in image orientation procedures and is based on the determination of ground coordinates from distinguishable features. Aerial survey techniques have evolved with the integration of Global Navigation Satellite System (GNSS) and inertial systems, enabling Direct Sensor Orientation (DSO). However, even with the development and consolidation of these techniques, Ground Control Points (GCPs) are still needed to correct for systematic errors and to assess the reliability and accuracy of the orientation data. The location of GCPs over images is still a task performed by an operator, which is an additional source of errors due to the uncertainties in the visual identification. Thus, an automatic flow is proposed in this work to obtain GCP coordinates and locate them in aerial images with sub-pixel accuracy. The approach is based on vertical ground scenes from distinguishable feature areas with a point surveyed by GNSS receiver (like a GCP). These ground scenes are matched with aerial image patches to transfer surveyed points. Feature- and area-based matching algorithms are applied for this task as well as a subsequent adaptive refinement by least squares. To perform the automatic flow, a technique to acquire ground images as required was designed. In addition, other techniques were developed to: prepare control scenes by rectification and orthorectification; locate GCPs into search window in aerial images, and minimize the differences between matched image patches, improving the sub-pixel location of the match point. Different experiments assessed the feasibility and accuracy achieved with the proposed techniques using bundle adjustment in stereo-models and image blocks. The analysis of results was based on discrepancies and residuals at GPCs and independent checkpoints... / Doutor

Orientador: João Francisco Galera Monico / Coorientador: Haroldo Antonio Marques / Banca: Paul Jozef de Jonge / Banca: Marcelo Carvalho dos Santos / Banca: Daniele Barroca Marra Alves / Banca: Paulo de Oliveira Camargo / Resumo: A solução de ambiguidades inteiras é um assunto desafiador e muito pesquisado, principalmente para aplicações GNSS na Geodésia e Geodinâmica. Dos métodos de posicionamento GNSS, o PPP tem-se demonstrado como uma poderosa ferramenta para diversas aplicações e tem sido alvo de interesse, tanto em pesquisas científicas quanto em aplicações práticas. Estudos em nível mundial têm sido realizados no contexto da solução das ambiguidades inteiras no PPP, com a finalidade de melhorar a acurácia em curtos períodos de observação, ou até mesmo de forma instantânea. Esta pesquisa tem como objetivos investigar e adotar uma metodologia para solução de ambiguidades inteiras, além de desenvolver, aperfeiçoar e realizar as alterações necessárias em termos de algoritmos, para que a mesma seja programada computacionalmente de forma que se possa realizar o método PPP com ambiguidades fixas, com base em uma rede de estações GNSS. Após estudos e investigações, a metodologia adotada nesta tese consiste na estimativa das simples diferenças (SD) de ambiguidades WL (wide-lane) e NL (narrow-lane) para remover os UPDs (uncalibrated phase delays) do receptor, presentes nas ambiguidades da fase da onda portadora. Esses valores de SD de ambiguidades foram combinados dentro de uma rede de estações GNSS para calcular os UPDs dos satélites. Os UPDs WL e NL referentes aos satélites, estimados em nível de SD, foram aplicados para fixação inteira das ambiguidades da combinação linear ionfree em nível do usuário, onde são introduzidas equações de injunção para as ambiguidades conhecidas visando melhorar a estimativa dos parâmetros no PPP. Para atingir os objetivos da pesquisa, foi desenvolvido um software, chamado UPD_NETWORK, para estimativa dos UPDs, para um determinado par de satélites dentro da rede GNSS... / Abstract: Integer ambiguity resolution is a challenger theme that has been very much researched, mainly to precise GNSS applications in Geodynamic and Geodesy. Among several GNSS positioning methods, PPP has presented itself as a powerful tool useful for many applications and it has been of interest in scientific as in operational applications. Researches at global level have been carried out in context of PPP integer ambiguity resolution, aiming to improve the accuracy for short observation period, or even instantly. This PhD thesis goal is to investigate and adopt a methodology for PPP integer ambiguity resolution. Additionally, it is intended to develop, improve and perform the necessary changes, in terms of algorithm, to implement a computational program that allows to run the PPP method using fixed ambiguities based on a GNSS network. After some studies and investigations, the adopted methodology in this thesis is based on the estimative of WL (wide-lane) and NL (Narrow-lane) simple difference ambiguity (SD) to remove the receiver UPDs (Uncalibrated phase delays) that are present in the ambiguities of the carrierphase. SD ambiguities were combined in a GNSS network in order to compute the satellite UPDs. WL e NL UPDs for the satellites, estimated at the level of simple difference, were applied to fix the ambiguities of the ion-free linear combination at the user level, by means of constraints to improve the quality of the parameters estimative based on PPP. In order to reach the main goal of this research, a software called UPD_NETWORK was developed to estimative the UPD of the satellite pair in the GNSS network. Furthermore, adaptations were applied to the RT_PPP software algorithms to allow it performing PPP with integer ambiguity instead of float ambiguity estimative... / Doutor

A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME e ILS está saturada na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de navegação limitado e custos de aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as tecnologias GNSS têm se destacado como um caminho promissor para a implantação do sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação. Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um sistema de navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do setor aéreo (stakeholders) interagem neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios enfrentados pelo sistema de transporte aéreo (garantir segurança e aumentar capacidade) e 2) conseguir oferecer um sistema de navegação confiável com boa relação custo-beneficio. Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em GNSS (Galileo, modernização do GPS, GAGAN, MSAS) e em tecnologias inovadoras dependentes do GNSS (ADS-B, SVS, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi feito para identificar quais destas poderiam ser desenvolvidas e implantadas no Brasil em parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos governamentais. Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com base nos conceitos GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B. Foi incluída também uma análise do sistema proposto em termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT).

A determinação da atitude baseada em GNSS constitui uma extensão do método de posicionamento diferencial, no qual é possível obter a posição relativa, com exatidão de $mm$, entre um par de antenas, desde que as grandezas envolvidas sejam conhecidas. Entretanto, é necessário o uso de múltiplos receptores e uma configuração especial das antenas, conhecida como sistema multi antena GNSS. Duas linhas de base definidas por três antenas determinam completamente os ângulos de Euler associados à atitude do veículo. Para que as linhas de base sejam calculadas, é necessário resolver o problema da ambiguidade de fase da onda portadora e técnicas baseadas em Mínimos Quadrados (MQ) são as mais utilizadas para este propósito. Dois algoritmos baseados em MQ foram implementados, a saber MILES e Decomposição de Cholesky, e avaliados no processo de determinação da atitude utilizando dados simulados e reais. A partir dos dados simulados efetuou-se a análise da implementação e a robustez dos métodos de busca, livre de perturbações desconhecidas. Com o conjunto de dados reais a atitude também foi calculada e comparada com a obtida a partir de um navegador de alta precisão. Os resultados obtidos apresentaram um bom desempenho para ambos os métodos de busca avaliados assim como potencial para utilização em aplicações que exijam o processamento da atitude em tempo real.

Este trabalho investiga sistemas de navegação INS/GNSS auxiliado por medidas de baseline e ângulo GNSS. Os dados gerados para as simulações foram os dados IMU, dados GNSS e informações de baseline e ângulo GNSS. Estas informações, determinadas a partir de um sistema multiantenas para o posicionamento simples e relativo e no método direto, respectivamente, foram utilizadas como medidas auxiliares para a fusão INS/GNSS. Foi estudada a influência dessas medidas auxiliares nas estimativas de atitude do navegador, mais especificamente no ângulo de yaw, pois o acoplamento da dinâmica do sistema com este ângulo é fraco. Assim, a principal contribuição das medidas adicionais ocorre para este ângulo. Adicionalmente, foi feito um estudo da navegação INS/GNSS usando dados reais SIG-IMU/NAVCON para análise dos biase, baseado em um maior número de realizações, analisou-se a influência do valor de estimativa do erro de atitude do navegador INS/GNSS no erro máximo de posição. Uma interface gráfica foi aprimorada de modo a facilitar as mudanças nos parâmetros do sistema e as simulações dos vários casos, tais como navegação INS/GNSS sem auxílio e com auxílio de baseline e ângulo GNSS, falha do sinal GNSS e navegação INS/GNSS utilizando dados reais.

Made available in DSpace on 2017-03-14T14:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-05. Added 1 bitstream(s) on 2017-03-14T14:42:50Z : No. of bitstreams: 1 000876654.pdf: 4177765 bytes, checksum: ce20c11dea0012aef3502c1753a4f8dd (MD5) / A atmosfera terrestre é uma das principais fontes de erros na determinação de coordenadas no posicionamento pelo GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Para fins de posicionamento geodésico, a atmosfera terrestre pode ser dividida em duas camadas: a troposfera e a ionosfera. Destaca-se que tais camadas interagem de forma distinta com os sinais GNSS. Para mitigar os erros ocasionados por essas interações é necessário um tratamento específico para cada camada. A troposfera é a camada que se estende da superfície terrestre até, aproximadamente, 50 km de altitude. É um meio não dispersivo, ou seja, sua influência não depende da frequência dos sinais, e um de seus principais efeitos é o atraso troposférico. No contexto do processamento de dados GNSS, estima-se o ZTD (Zenith Tropospheric Delay), o qual pode ser subdividido em duas componentes principais: hidrostática e úmida. A componente úmida depende da temperatura e da densidade de vapor d'água, ao longo do caminho percorrido pelo sinal; já a componente hidrostática que é composta por gases secos, depende principalmente da temperatura e da pressão. Para mapear o atraso da direção do satélite para a zenital, funções de mapeamento são empregadas e para a assimetria azimutal existe a possibilidade de estimar os gradientes troposféricos. No entanto, ainda não há no meio científico um consenso sobre a adoção dos gradientes horizontais, uma vez que as vantagens da inserção desse parâmetro no tratamento de dados GNSS ainda não foram suficientemente evidenciadas... / The Earth's atmosphere is one of the major sources of errors in the positioning by GNSS (Global Navigation Satellite Systems). The atmosphere is divided in terms of geodetic positioning in two layers, which interact in different ways with the GNSS signals, the troposphere and the ionosphere. To mitigate the errors caused by these interactions a specific treatment is required for each layer. The troposphere is the layer from the Earth's surface up to about 50 km altitude. It is a non-dispersive medium, that is, their influence does not depend on the frequency of the signals, and one of its main effects is the tropospheric delay. In the context of GNSS data processing, it is estimated the ZTD (Zenith Tropospheric Delay), which can be subdivided into two main components: the hydrostatic and the wet one. The wet component depends on the temperature and water vapor density, along the path described by the signal. As the hydrostatic component comprises dry gases, it depends mainly on the temperature and pressure. In order to model the ZTD vertical variation usually it is employed the functions known as mapping functions, and concerning the azimuthal asymmetry it is possible to estimate the horizontal tropospheric gradients. However, there is still no consensus in the scientific community about the advantages of the horizontal gradients estimation, since the insertion of this parameter in the treatment of GNSS data has not yet been clearly evidenced, either for positioning purposes or for estimating the delay to obtain the PW (precipitable Water - precipitable water). This research aims to investigate the influence of the estimate tropospheric horizontal gradient in the high accuracy GNSS positioning on relative mode involving long baselines...

Orientador: Luiz Fernando Sapucci / Coorientador: João Francisco Galera Monico / Banca: Dirceu Luis Herdies / Banca: Daniele Barrocá Marra Alves / Resumo: O posicionamento com o GNSS (GNSS - Global Navigation Satellite System) é atualmente a técnica mais utilizada para se obter a localização sobre a superfície terrestre ou próxima a essa. Depois dos efeitos causados pela ionosfera, a refração que o sinal sofre ao ultrapassar a neutrosfera pode ser considerada como uma das maiores fontes de erro no sinal, a qual gera um atraso no mesmo, denominado Atraso Zenital Troposférico (em inglês, Zenithal Tropospheric Delay - ZTD). Esse atraso gera erros no posicionamento GNSS, quando não é devidamente modelado. Os modelos de Previsão Numérica de Tempo (PNT) são boas alternativas para minimizar esse problema, pois geram previsões do ZTD em uma grade regular. No Brasil está operacional no CPTEC/INPE um processo que gera tais previsões com resolução espacial de 15 km. No entanto, na elaboração da atual versão não se utiliza o melhor banco de dados atmosféricos sobre a América do Sul, o que é possível de se obter... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The positioning with the GNSS (GNSS - Global Navigation Satellite System) is the most used technique to obtain a location over terrestrial surface or close to it. After the effects generated by Ionosphere, the refraction that the signal suffers when it goes through the neutrosphere can be considered as one of the largest error sources in the signal, in which is generated a delay, called Zenithal Tropospheric Delay (ZTD). When the ZTD are not modeled, significant errors in the GNSS positioning are observed, Numerical Weather Prediction models are good alternatives to minimize this problem, because these models generate ZTD predictions in a regular grid. A process for the propose of generating ZTD predictions with 15 km of resolution is operational at CPTEC/INPE. However, in this version it is not utilized the best atmospheric data base over the region, which is possible to obtain with data... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Daniele Barroca Marra Alves / Banca: João Francisco Galera Monico / Banca: Claudinei Rodrigues de Aguiar / Resumo: Com o desenvolvimento dos sistemas globais de navegação por satélite as atividades que envolvem posicionamento passaram por uma revolução. Os pioneiros, GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) e GPS (Global Positioning System), são atualmente os principais sistemas, e únicos com constelação completa. A utilização combinada de dados GPS e GLONASS passou por uma perda de interesse no final da década de noventa devido à rápida degradação que o GLONASS sofreu. Porém, em 2001 teve início um plano de restabelecimento do sistema que em 2011 voltou a contar com constelação completa de 24 satélites e cobertura global. O GLONASS passa ainda por um processo de modernização, com novas gerações de satélites sendo desenvolvidas, refinamentos dos sistemas de tempo e referência e novas estações de controle sendo instaladas. Além do uso de dados combinados, outros fatores que influenciam a qualidade do posicionamento são os métodos empregados e os erros aos quais os sinais transmitidos estão sujeitos. Nas metodologias de integração devem constar as diferenças de estrutura dos sistemas, sendo as principais, para este caso, os sistemas de referência, sistemas de tempo e a tecnologia relacionada às frequências. Em relação aos erros, a ionosfera é uma importante fonte, principalmente para usuários de receptores de apenas uma frequência. Ela exige atenção especial, pois além de degradar a acurácia do posicionamento há uma grande dependência entre perdas do sinal e irregularidades ionosféricas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: With the development of the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) the activities involving positioning passed by a great revolution. Currently, the pioneers, GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) and GPS (Global Positioning System), are the main systems with full constellation. The interest in the combined use of GPS and GLONASS data had a great fall in the late nineties due to the fast degradation of GLONASS. However, in 2001 a restoration plan of the system began and in 2011 GLONASS recovered the full constellation of 24 satellites with global coverage. Furthermore GLONASS is going through a modernization process, with the development of new satellite generations, time and reference systems refinements and new control stations. Besides the use of combined data, other factors that influence the positioning quality are the applied methods and the errors that can affect the transmitted signals. The integration methodologies must consider the differences in the systems structures, the main differences, for this case, are reference and time systems and the technology related to the frequencies. About the errors, the ionosphere is an important source, mainly for users of single frequency receivers. It requires special attention, because besides of degrading the positioning accuracy there is a great dependency between the loss of signal and ionospheric irregularities, as ionospheric scintillation. In this research it was intended to analyze the improvement of the combined use of GPS/GLONASS data at positioning under ionospheric scintillation effect ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:22:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-09-26. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:28:53Z : No. of bitstreams: 1 000855199.pdf: 6287144 bytes, checksum: 1b646ea0ce1e8e0c8a68457b3e7108fc (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os efeitos atmosféricos, especialmente da ionosfera, são os principais fatores limitantes para o posicionamento de alta acurácia utilizando a técnica RTK (Real Time Kinematic), uma vez que com o afastamento entre o usuário e a estação base, a eficiência do método é degradada, pois a correlação dos erros é reduzida pelo aumento da linha de base. No entanto, com o emprego de uma rede de estações de referência, pode-se realizar a modelagem dos erros na área de abrangência desta rede, conceito denominado de RTK em rede. Mas um dos fatores que mais degradam a propagação dos sinais do GNSS (Global Navigation Satellite System), mesmo no RTK em rede, é a cintilação ionosférica, caracterizada por alterações rápidas na amplitude e na fase do sinal eletromagnético ao passar por irregularidades na densidade de elétrons na ionosfera. A ocorrência e intensidade das cintilações variam, de acordo com vários fatores, como localização geográfica, sazonalidade, hora local e atividade solar. Com o pico do ciclo solar 24, ocorrido no verão de 2013, foi observado a intensificação dos efeitos da cintilação. Considerando o âmbito público, a única rede de estações de referência no Brasil que viabiliza estudos quanto ao o posicionamento RTK em rede, localiza-se no estado de São Paulo, denominada Rede GNSS/SP. Tal rede possui atualmente 20 estações ativas e um centro de controle para gerenciamento da rede por meio do sistema comercial Trimble Pivot (Progressive Infrastructure Via Overlaid Technology)... / Atmospheric effects, especially the ionosphere, are major limiting factors for using high accuracy positioning RTK (Real Time Kinematic) technique. With the distance between the user and the base station, the method efficiency is degraded, since the correlation between the errors is reduced. However, with the use of a network of reference stations the modeling of the errors can be performed this concept is called RTK Network. However, one of the factors degrading the GNSS (Global Navigation Satellite System) signals propagation is the ionospheric scintillation, characterized by rapid changes in the amplitude and phase of the electromagnetic signal passing through irregularities in the electron density of the ionosphere. The occurrence and intensity of scintillation vary according to several factors such as geographic location, seasonality, local time and solar activity. The peak of the Solar Cycle 24 occurred in the summer of 2013 intensified the scintillation effects. Considering the public sector in Brazil, the unique network of reference stations that enables studies about RTK positioning network is located at São Paulo; so called Network GNSS/SP. Currently the network is composed of 20 active stations and a control center for network management using Trimble Pivot (Progressive Infrastructure Via Overlaid Technology)...

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-27Bitstream added on 2015-05-14T16:59:24Z : No. of bitstreams: 1 000823273.pdf: 2162933 bytes, checksum: e677e51cbd86b482000fabbe3e41d915 (MD5) / Cintilações ionosféricas são rápidas variações na amplitude e/ou fase de um sinal de rádio ao se propagar por irregularidades na densidade de elétrons na ionosfera. Este fenômeno prejudica a acurácia dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite Systems - GNSS), já que podem acarretar, dentre outros aspectos, que o receptor perca a sintonia com um ou mais satélites durante o rastreio do sinal. A ocorrência e a intensidade de cintilações ionosféricas variam de acordo com vários fatores, tais como a atividade solar, época do ano, região no globo terrestre e horário local. Em períodos de máxima atividade solar, os efeitos da cintilação ionosférica são ainda mais intensos, principalmente em regiões equatoriais como o Brasil. Estações GNSS de monitoramento contínuo da ionosfera foram instaladas no território brasileiro desde fevereiro de 2011 através de projetos que contam com a cooperação de diversas instituições da Europa e do Brasil, dentre as quais está inserida a Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP). Estas Estações contam com receptores capazes de fornecer Índices de cintilação ionosférica e métricas sobre os sinais recebidos, os quais são denominados Ionospheric Scintillation Monitor Receivers (ISMR). Com a infraestrutura de monitoramento disponível, mais de dez milhões de observações de monitoramento são obtidas diariamente. Extrair informações relevantes em meio a esta grande quantidade de dados pode-se tornar um processo árduo. Neste contexto, nesta pesquisa foi investigado o uso de técnicas de mineração e visualização de dados visando estender as possibilidades de análise do comportamento da cintilação ionosférica no Brasil, além de seus efeitos no posicionamento GNSS... / Ionospheric scintillations are rapid variations on amplitude and/or phase of a radio signal as it passes through irregularities on electron density on the ionosphere. This phenomenum decrease the accuracy of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) once can lead to, among other aspects, that receiver lose the lock of one or more satellites during signal tracking. The occurence and intensity of ionospheric scintillations change according to several factors like solar activity, epoch in the year, geographic location and local time. During high solar activity the e ects are more intense mainly at equatorial regions like Brazil. GNSS monitoring stations were deployed on Brazilian territory since February 2011 through projects of cooperation of several institutions of Europe and Brazil, among is inserted the Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Estadual Paulista J ulio de Mesquita Filho (UNESP). Receivers installed at these stations provide scintillation indexes and signal metrics for each satellite tracked, so called Ionospheric Scintillation Monitor Receivers (ISMR). With the monitoring infrastructure, more than ten million monitoring observations are obtained daily. Extract relevant information in this big amount of data can be a hard process. In this context, this research investigated the usage of data mining and data visualization techniques in order to extend the possibilities of analyzing the scintillations in Brazil and its e ects on GNSS positioning.