A introdução de mapas de PWV de alta resolução espacial do MODIS na tomografia GNSS teve como efeito uma melhoria na solução 3D da refratividade do vapor de água troposférico. São estimadas observações de atraso oblíquo SWD a partir dos valores de PWV obtidos dos píxeis dos produtos MODIS. Estas medições adicionais fornecem uma cobertura bastante completa sobre os vóxeis da grelha tomográfica implementada, preenchendo em alguns casos a totalidade do modelo, complementando a cobertura insuficiente obtida a partir das observações SWD GPS. A comparação visual de perfis verticais da tomografia, entre as soluções usando dados GPS e dados GPS com MODIS, indica uma melhoria significativa na resolução horizontal e vertical dos valores de refratividade húmida obtidos. As soluções da tomografia combinada utilizando quer os dados MODIS IR de 5 km de resolução quer os dados MODIS NIR de 1 km, apresentam representações do vapor de água semelhantes mas não iguais, o que é espectável devido às diferentes características de ambos os produtos.
Uma avaliação estatística comparando as soluções obtidas na tomografia com perfis de radiossondagem no interior da área de estudo revelaram que a solução com a inclusão de dados MODIS é mais próxima dos valores de referência. Contudo não foi possível diferenciar qual dos tipos de produto PWV do MODIS gera um mapa tridimensional da refratividade mais próximo da atmosfera real. Porém foram identificados alguns problemas nas imagens MODIS como um largo desvio do PWV médio medido entre as imagens de 5 km e as estações GNSS, e algumas faixas horizontais corrompidas com valores errados de PWV nas imagens de 1 km. As imagens mais recentes (coleção 6) dos dados PWV MODIS não apresentam estes problemas, e por isso foram descarregadas e utilizadas num novo processamento da
Capítulo 6: Inclusão de dados MODIS na tomografia GNSS
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tomografia, mas neste caso efetuando calibração das imagens com dados GPS. A análise estatística dos novos resultados da tomografia comparando com as sondas não é esclarecedora, mas a análise visual revela perfis da solução combinada mais afastados da solução da tomografia obtida só com dados GPS e uma ainda maior variabilidade vertical e horizontal entre vóxeis. A inclusão de dados PWV provenientes do MODIS numa cadeia de processamento contínua de tomografia GNSS poderá ser uma mais-valia na geração de soluções da refratividade húmida da atmosfera, particularmente se se incluírem alternadamente os dados provenientes do satélite Terra (órbita descendente) e dados provenientes do satélite Aqua (órbita ascendente), resultando num conjunto de dados adicionais de PWV até 4 vezes por cada dia.
Estimação do campo 3D do vapor de água através de técnicas de tomografia por GNSS e InSAR
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Capítulo 7
Simulação Galileo e GPS com aplicação na tomografia
7.1 Contextualização da experiência
A presente distribuição e densidade geográfica de estações permanentes GNSS no terreno e a sua contínua densificação por novas regiões do globo, juntamente com a atualização dos recetores e antenas para permitir a receção e processamento de sinais eletromagnéticos provenientes dos emergentes sistemas GNSS como o Galileo e o BeiDou, permitirá no futuro a melhoria na qualidade das soluções 3D dos mapas de vapor de água obtidos a partir da tomografia GNSS (Troller et al., 2006a). Com a combinação de observações provenientes dos vários sistemas de navegação no esquema da tomografia GNSS, é esperado um incremento na percentagem de vóxeis preenchidos e consequentemente uma melhoria na qualidade e na estabilidade da reconstrução 3D das soluções tomográficas obtidas através desta técnica (Bender e Raabe, 2007). Isto resulta por exemplo, da combinação a cada instante de observações oblíquas de atraso húmido com diferentes linhas de vista, em relação ao GPS, entre o recetor e os satélites da constelação Galileo. Contudo o incremento no preenchimento do número de vóxeis vazios nas camadas mais baixas do modelo pode não ser suficiente para que o sistema de equações da tomografia GNSS reverta o seu condicionamento de má colocação isto porque a geometria da constelação total Galileo será semelhante à do GPS (Bender et al., 2011b). A geometria do GNSS é dependente da posição do recetor no terreno e do ângulo de corte definido no processamento de dados, influenciando fortemente o alcance do cone invertido que é formado pela combinação a cada instante de todas as observações SWD, e consequentemente o preenchimento dos vóxeis na grelha tomográfica (Benevides et al., 2016a).
Perante o cenário futuro da operacionalidade total do sistema Galileo, foi realizada uma simulação destes dados de modo a observar o impacto direto sobre a resolução da tomografia GNSS, utilizando também os dados GPS. Os resultados deste estudo são baseados na realização de uma experiência descrita num artigo científico submetido a um jornal da especialidade (Benevides et al., 2016b). Neste capítulo são realizadas simulações de dados orbitais de ambas as constelações GPS e Galileo durante um período de um dia, utilizando a posição real da rede GNSS de estações de Lisboa. São geradas duas séries de mapas tomográficos, definidas em soluções de 30 minutos: GPS e GPS mais Galileo. O objetivo é avaliar a vantagem que o sistema Galileo na sua total operacionalidade trará para a tomografia GNSS em conjunto com os dados provenientes do sistema GPS.
7.2 Simulação de órbitas
As órbitas de ambos os sistemas GPS e Galileo foram simuladas utilizando o modelo de trajetória dos satélites baseado nas leis de Kepler (Hofmann-Wellenhof et al., 2008). Os fundamentos teóricos para o cálculo da posição tridimensional dos satélites de ambos os sistemas GNSS estão presentes na secção 2.4.2. Para realizar esta experiência foi utilizado um programa de simulação de órbitas, GPS Navigation