Obtenção do parâmetro PCO de antenas GNSS por meio de sistemas baseados em regras Fuzzy

Orientadora : Profª. Drª. Cláudia Pereira KruegerCo-orientadora : Profª. Drª. Rosana Sueli da Motta JafeliceTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa: Curitiba, 28/08/2015Inclui referências : f. 112-121Resumo: Em trabalhos que exigem a determinação e o posicionamento de pontos com alta acurácia utilizando-se o Global Navigation Satellite System (GNSS), é necessário conhecer os deslocamentos do centro de fase das antenas, denominado Phase Center Offset (PCO). Estes valores são obtidos por meio da calibração de antenas numa base de calibração apropriada. As coordenadas das estações conhecidas e as das estações a serem determinadas devem ser corrigidas destes valores. Estudos na Base de Calibração de Antenas GNSS da Universidade Federal do Paraná (BCAL/UFPR) mostraram que há correlação entre variáveis meteorológicas como temperatura, umidade relativa do ar e precipitação na determinação das componentes: norte (N), leste (E) e vertical (H) do PCO. Outras pesquisas estão sendo desenvolvidas nesta base e a pesquisa apresentada nesta tese contribui com uma técnica que permite calcular o parâmetro PCO por meio de SBRF, bem como fazer a previsão deste valor fornecendo uma alternativa para geração de parâmetros do PCO. Desta forma, utilizou-se a função Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) para gerar Sistemas Baseados em Regras Fuzzy (SBRF) tendo, como variáveis de saída, as componentes do PCO. Como variáveis de entrada do sistema utilizaram-se as variáveis ambientais temperatura, umidade relativa do ar e precipitação; e também variáveis obtidas do processamento da calibração de antenas sendo Positional Dilution of Precision (PDOP) e efeito do multicaminho. Foram construídos SBRF para cada uma das componentes N, E e H das ondas portadoras L1 e L2 utilizando-se um conjunto de dados de treinamento por meio da ANFIS. Os critérios para escolha dos SBRF construídos foram o cálculo do erro relativo (ER) e a raiz quadrada do erro médio quadrático (RMSE). Então, com os SBRF definidos, aplicou-se o conjunto de dados de verificação e compararam-se as componentes do PCO obtidos pelo SBRF com as obtidas pela calibração relativa de antenas. Para as componentes planimétricas N e E as diferenças foram menor ou igual a 0,90 mm para todos os conjuntos de dados utilizados. Porém para as componentes verticais H houve diferenças menor ou igual a 38,21 mm. Palavras-chave: Calibração de Antenas GPS. Variáveis Ambientais. Conjuntos Fuzzy. ANFIS.Abstract: In works that require determination and positioning points whith high acuracy through Global Navigation Satellite System (GNSS), It is necessary to know the PCO (Phase Center Offset) of the antennas. These values are obtained by antenna calibration in a appropriate base of calibration and the coordinates of stations known and stations that want to determine must be corrected these values. Studies in the antenna calibration basis (BCAL: baseline calibration station for GNSS antennas) at the Federal University of Paraná (UFPR; Curitiba, Paraná, Brazil), showed there is correlation between meteorological variables such as temperature, relative humidity and precipitation in determining the components: north (N), east (E) and vertical (H) of the PCO. In BCAL/UFPR researches have been developed, this research contributes to a technique that allows to calculate the PCO parameter by a Fuzzy rule-based system and allows too, predict these parameters, providing an alternative to generation of PCO parameters. Thus, was used the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) to generate Fuzzy Rule-Based System (FRBS) having, as output variables, the components of PCO. As input variables of system, we used environmental variables temperature, relative humidity and precipitation; and also variables obtained from antenna calibration processing being Positional Dilution of Precision (PDOP) and multipath effect. Were constructed systems for each components N, E and H of L1 and L2 carrier signal using a set of training data through of ANFIS. The criteria for choosing the FRBS built were calculating the relative error (RE) and root mean square error (RMSE). Then, with the defined FRBS was applied a set data of verification and were compared the results obtained by SBRF with those obtained on the antennas calibration. For the palnimetric components N and E the differences were smaller than or equal to 0.90 mm for all data set. But for vertical components H there was less difference than or equal to 38.21 mm. Key-words: GPS antenna calibration. Environment variables. Fuzzy sets. ANFIS

THE USE OF FUZZY RULE-BASED SYSTEMS IN DETERMINING HORIZONTAL PCO PARAMETERS OF GNSS ANTENNAS

Knowledge concerning Phase Center Offset (PCO) is an important aspect in the calibration of GNSS antennas and has a direct influence on the quality of high precision positioning. Studies show that there is a correlation between meteorological variables when determining the north (N), east (E) and vertical Up (H) components of PCO. This article presents results for the application of Fuzzy Rule-Based Systems (FRBS) for determining the position of these components. The function Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) was used to generate FRBS, with the PCO components as output variables. As input data, the environmental variables such as temperature, relative humidity and precipitation were used; along with variables obtained from the antenna calibration process such as Positional Dilution of Precision and the multipath effect. An FRBS was constructed for each planimetric N and E components from the carriers L1 and L2, using a training data set by means of ANFIS. Once the FRBS were defined, the verification data set was applied, the components obtained by the FRBS and Antenna Calibration Base at the Federal University of Paraná were compared. For planimetric components, the difference was less than 1.00 mm, which shows the applicability of the method for horizontal components

Metodologia para determinação dos afastamentos (Offsets) entre sensores numa embarcação hidrográfica

Orientadora : Profa. Dra. Claudia Pereira KruegerCoorientador : Prof. Dr. Quintino DalmolinDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa: Curitiba, 30/06/2010Bibliografia: fls. 101-104Resumo: O conhecimento dos afastamentos entre os sensores de um navio hidrográfico permite a determinação correta da profundidade e da sua posição (latitude e longitude). Para obter esses valores é necessário o estabelecimento de um sistema cartesiano local, definido e materializado no dique seco. Através de técnicas topográficas é possível transferir as coordenadas do referencial local para a embarcação. O objetivo desta pesquisa é estabelecer uma metodologia para determinar os afastamentos de sensores do navio, tais como sensor GPS/ DGPS, sensor inercial, sensor de giro entre outros, em relação ao sistema de coordenadas local e depurar as suas qualidades, por meio de testes estatísticos e do ajuste de observações por mínimos quadrados. No final, a matriz de coordenadas finais é rotacionada e trazida para o ponto de referência do navio. As medições foram realizadas no Navio Hidrográfico (NH) brasileiro Sirius, que estava atracado na Base Naval do Rio de Janeiro, localizado na Ilha do Mocanguê, Niterói (RJ). A metodologia é adequada para determinar as distâncias entre os sensores auxiliares, em relação ao ponto de referência da embarcação, as quais devem ser aplicadas para melhorar a qualidade dos levantamentos hidrográficos.Abstract: The knowledge of the offsets among the hydrographic vessel's sensors allows the correctly determination of the depth and its position (latitude and longitude). In order to obtain those values is necessary the establishment of the local cartesian frame, defined and materialized at the dry dock. Through topographic techniques is possible to transfer the coordinates from dry dock to vessel. The purpose of this research is to establish a methodology to determine the offsets of the ship's sensor, such as GPS/ DGPS, inertial sensor, gyro sensor and etc, in relation to local coordinate system, and debugging its qualities, using statistical tests and adjustment of observations by least squares. At the end, the matrix of the final coordinates were rotated and translated to vessel reference point. The measurement was performed at the Brazilian Hydrographic Ship called Sirius, which was docked at the Base Naval of Rio de Janeiro, located at Ilha do Mocanguê, Niterói. The methodology is suitable for determining the offsets between the auxiliary sensors, in relation to the vessel's reference point, and must be applied in order to improve the quality of the hydrographic survey