GPS (Global Positioning System)

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1 1. Introdução 2. Segmentos do GPS GPS (Global Positioning System) Imagine, accurate positioning dropping right out of the sky at the touch of a button! Jeff Hurn for Trimble Navigation, Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 7. Aplicações GPS 8. Futuro NAVSTAR GPS NAVigation Satellite Timming And Ranging Global Positioning System desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD -US Department of Defense) com o objectivo de fornecer informação instantânea sobre a posição, a velocidade e o tempo, praticamente em todos os locais do globo e de forma contínua, e ainda sob quaisquer condições atmosféricas; fornece uma precisão de posicionamento que varia desde os 100 metros, a 5 a 10 metros e uma precisão relativa na ordem do sub-metro e sub-centímetro (que requer uma maior infraestrutura e um custo superior). Algumas datas importantes: Início do desenvolvimento do GPS; (FASE1) Lançamento do primeiro satélite; Elaboração mais completa do Sistema; (FASE2) Início da utilização dos dados GPS na área da Geodesia; Desenvolvimento dos satélites de produção; Lançamento do primeiro satélite da segunda geração de satélites (bloco II); Sistema foi considerado como completamente operacional. (FASE3) Princípio básico de posicionamento com GPS Medição das chamadas pseudo-distâncias entre o utilizador e pelo menos 4 satélites. Conhecendo as coordenadas dos satélites num referencial apropriado, podem determinar-se as coordenadas da estação (X, Y, Z) e o tempo GPS (t). Do ponto de vista geométrico, apenas 3 medições de distâncias seriam suficientes; no entanto, é necessária uma quarta observação dado que os relógios dos receptores não estão sincronizados com os relógios dos satélites. Este erro de sincronização é a razão pela qual se designa pseudo-distância. X, Y, Z, t 1

2 12,000 mile radius situação ideal 12,000 mile radius 11,000 mile radius 4 seconds A B 6 seconds 12,000 mile radius 11,000 mile radius 11,500 mile radius situação causada pelo hipotético atraso de 1s no relógio do receptor situação ideal 5 seconds (wrong time) A 4 seconds 6 seconds B 7 seconds (wrong time) 4 seconds A B 6 seconds 8 seconds C situação com atraso de 1s no relógio do receptor 1. Introdução A B 2. Segmentos do GPS 3. Estrutura do sinal GPS 5 seconds (wrong time) 7 seconds (wrong time) 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 9 seconds (wrong time) C 7. Aplicações GPS 8. Futuro 2

3 O sistema de posicionamento global divide-se em três segmentos: Espacial (constelação de satélites, cada um com relógios atómicos a bordo); Controlo (estações de rastreio); Utilizador (receptores de sinal). Segmento do utilizador Segmento de Controlo Segmento Espacial Segmento Espacial 24 satélites dos blocos II, IIA e IIR distribuídos por 6 órbitas aproximadamente circulares (4 satélites por órbita) separadas entre si cerca de 60º em longitude com raio orbital de cerca km e período orbital de aproximadamente 12 horas, pelo que serão visíveis, de dia para dia, com cerca de 4 min de avanço e inclinação orbital próxima dos 55º, relativamente ao plano equatorial terrestre. Representação Simplificada da Constelação GPS Série (geração) Bloco I Bloco II Bloco IIA Bloco IIR Bloco IIF SVNs Nº satélites Datas de lançamento activos desactivados Fev 78 e Out 85 4 Fev 89 e Out 90 (5 satélites desactivados SVNs 14, 16, 18-20) 18 Nov 90 a Nov 94 (1 satélite desactivado SVN 28) 6 Jan 97 (lançamento do SVN 42 mal sucedido, último lançamento do SVN 54 em Jan 01) - > satélites em Janeiro de 1994 Características dos satélites GPS Bloco Bloco I Bloco II Bloco IIA Bloco IIR Bloco IIF Tempo de vida previsto (anos) Relógios atómicos 1 de Césio 2 de Rubídio 2 de Césio 2 de Rubídio 2 de Césio 2 de Rubídio 1 de Césio 2 de Rubídio - Independência do segmento de controle (nº de dias) Mínimo de Segmento de controlo Compreende 5 estações de monitorização de satélites, das quais 1 é a estação de controlo principal (Colorado Springs) e 3 acumulam a responsabilidade de comunicar com os satélites - estações transmissoras. 3

4 Segmento do Utilizador Estações de monitorização monitorizam os satélites medindo as distâncias aos satélites em cada 1,5 segundos Estação de controlo principal calcula as posições e os erros dos relógios para cada satélite, com base na informação recebida pelas estações de monitorização Estações transmissoras transmitem os parâmetros de correcção a cada satélite calculados pela estação de controlo principal Constituído pelos receptores e antenas GPS que recebem, descodificam e processam os sinais transmitidos pelos satélites com o objectivo de determinar a posição, velocidade e tempo do utilizador. Principais componentes de um receptor GPS 1. Introdução Processador de sinal Oscilador de precisão Baterias 2. Segmentos do GPS Antena e préamplificador Code tracking loop Carrier tracking loop Seeber 1993 Micro-processador Memória Unidade de comando e display Registador periférico de dados 3. Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 7. Aplicações GPS 8. Futuro Estrutura do sinal GPS Ondas portadoras - L1 (Link 1) de frequência MHz; - L2 (Link 2) de frequência MHz; Códigos -C/A(Coarse/Acquisition) código de 1023 dígitos binários, disponível para usos civis; - P (Precise ou Protected) código de 2.34x10 14 dígitos binários; -D(Navigation Message) código de 1500 dígitos binários. Ondas Portadoras Os satélites transmitem continuamente 2 ondas portadoras na banda L (ondas rádio, os sinais viajam à velocidade da luz), o que permite a eliminação de erros introduzidos pela refracção ionosférica. As frequências transmitidas pelos satélites são geradas a partir da frequência fundamental dos relógios dos satélites As frequências das portadoras transmitidas resultam da multiplicação da frequência fundamental por números inteiros: Sinal L1 L2 Frequência (MHz) 154 f 0 = f 0 = Comprimento de onda (cm) ~19 ~24 4

5 UTILIZAÇÃO DA ONDA PORTADORA número completo e inteiro de ciclos desde o momento da emissão até à recepção da fase da onda portadora Fase medida Ambiguidade Códigos Códigos P (Precise) C/A (Coarse/Acquisition) D (Navigation Message) Frequência f o = MHz f o /10 = MHz 50 Hz Modulado em L1 e L2 L1 L1 e L2 Comp. onda 30 m 300 m 6 km Mensagem de navegação A informação transmitida na mensagem de navegação consta do seguinte: efemérides radiodifundidas com a descrição da órbita do satélite e dados do relógio do satélite; almanaque com a descrição aproximada das órbitas dos restantes satélites e do estado de funcionamento de toda a constelação; parâmetros representando o atraso causado pela propagação do sinal através da ionosfera, i. e. correcções ionosféricas para utilizadores de uma frequência; dados para a conversão de base de tempo GPS em base de tempo UTC; informação para auxílio da aquisição do código P; qualidade dos dados transmitidos. Serviço de Posicionamento GPS Serviço de posicionamento padrão (SPS Standard Positioning Service) opera apenas em L1 e usa o código C/A; o acesso a este serviço era controlado pelo acesso selectivo (SA - Selective Availability) até 1/Maio/2000. Serviço de posicionamento preciso (PPS Precise Positioning Service) opera em ambas as frequências e usa o código P, permitindo uma maior precisão no posicionamento, sendo essencialmente utilizado para fins militares; o acesso a este serviço é controlado através da técnica criptográfica denominada anti-sabotagem (SA - Anti Spoofing). Acesso Selectivo (SA) Técnica implantada pelo DoD para reduzir a precisão da informação GPS (posição, velocidade e tempo), através da introdução de erros pseudo-aleatórios no relógio do satélite e da degradação das efemérides radiodifundidas. Precisão em tempo real para os Acesso Selectivo utilizadores não autorizados Posicionamento horizontal 100 metros Posicionamento vertical 156 metros Transf. de tempo para UTC 340 nanosegundos O SA foi entretanto removido em 1 Maio de 2000, pelo que actualmente o SPS disponibiliza uma precisão muito semelhante à dada pelo PPS Anti-Sabotagem (AS = anti-spoofing) Técnica implantada pelo DoD para impedir que os receptores GPS sejam enganados por sinais falsos e que utilizadores não autorizados façam medições directas em L2. Em condições de AS, o código P é substituído pelo código Y (de características similares às do código P) ao qual apenas podem aceder utilizadores autorizados usando uma chave criptográfica. Anti-Sabotagem Posicionamento horizontal Posicionamento vertical Transf. de tempo para UTC Precisão em tempo real (a 95%) para os utilizadores autorizados 22 metros 27.7 metros 200 nanosegundos Esta técnica foi activada às 0h UT do dia 31 de Janeiro de 1994 e permanece em operação contínua desde essa data, afectando todos os satélites do Bloco II. 5

6 Efemérides radiodifundidas as efemérides são baseadas numa órbita de referência determinada pela estação de controlo principal, com base nos dados de rasteio das estações monitoras, a partir da informação orbital radiodifundida na mensagem de navegação, é calculada a posição geocêntrica do satélite no sistema WGS84 usando algoritmos publicados pelo GPS Interface Control Document. Efemérides pós-processadas processadas Para aplicações geodésicas de alta precisão e estudos de geodinâmica, a precisão fornecida pelas órbitas radiodifundidas não é, em geral, adequada. Em alternativa, dados recolhidos por uma rede global de estações, com coordenadas bem definidas (por técnicas independentes), são usados para gerar órbitas precisas (órbitas determinadas a posteriori). Uma das instituições que faz regularmente a determinação de órbitas de alta precisão é o International GPS Service (IGS), disponibilizando essa informação gratuitamente à comunidade científica - Observáveis GPS Pseudo-distância (diferença temporal do código) Observável GPS básica que todos os tipos de receptor podem registar. Utiliza os códigos C/A e P. Fase de batimento da onda portadora (diferença de fase) Observável GPS usada em aplicações que requerem grande exactidão (pelo menos da ordem do centímetro) como a Geodesia e a Topografia. Pseudo-distância distância O receptor regista o tempo que um código leva a percorrer a distância entre o satélite e o receptor (dτ). Este tempo é então multiplicado pela velocidade da luz para ser convertido numa distância. O receptor compara o código enviado por um dado satélite com uma réplica exacta do código gerada pelo próprio receptor, a correlação dos códigos permite a determinação do atraso do sinal proveniente do satélite e a consequente determinação da pseudo-distância. sincronizados (embora não perfeitamente...) dτ Time difference No entanto, háh um problema: Os relógios do receptor e do satélite não estão em perfeita sincronia, o que introduz um desfasamento no tempo que actua como um erro na distância ao satélite, daí que se denomine pseudo-distância. Este erro é facilmente calculado, dado que todas as pseudo-distâncias a diferentes satélites têm o mesmo desfasamento de tempo para uma mesma época de registo. Com 4 satélites pode-se fixar a posição e tempo (3 para determinar as coordenadas e 1 para o tempo). Apesar de não ser tão precisa quanto a diferença de fase da onda portadora, a observável pseudo-distância é também útil na: sincronização dos relógios dos receptores; resolução de ambiguidades; reparação de saltos de ciclo nas observações de fase; na estimação das órbitas dos satélites (como complemento às observações de fase). 6

7 Fase de batimento da onda portadora O receptor regista a diferença de fase (φ) entre o sinal emitido pelo satélite (no instante de recepção) e o sinal de referência gerado pelo oscilador do receptor. O comprimento de onda da portadora (L1 ou L2) é muito mais curto que o comprimento de onda do código C/A, pelo que a medição da fase de batimento da onda portadora permite atingir um nível de precisão muito superior à precisão obtida para a distância através da pseudo-distância. λ t φ No entanto, há um problema: Embora muito mais precisas, as medições de fase são ambíguas dado que se desconhece o número inteiro de ciclos (ambiguidade de ciclo) decorridos entre a época de transmissão e a época de início de registo do sinal (sintonia do sinal). O receptor regista apenas o número inteiro de ciclos decorridos continuamente desde o instante em que obteve sintonia da fase e a parte fraccionária do ciclo para um dado instante de observação. A ambiguidade de ciclo é única para cada par receptorsatélite desde que não haja perda momentânea de sinal, salto de ciclo; caso contrário será introduzida uma nova ambiguidade. 1. Introdução 2. Segmentos do GPS 3. Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 7. Aplicações GPS 8. Futuro Tipos de posicionamento com GPS Navegação em tempo-real Utiliza um minímo de 4 pseudo-distâncias a 4 satélites, as quais são utilizadas para calcular as coordenadas tridimensionais do receptor e o desfasamento do relógio entre o oscilador do receptor e o tempo GPS (*). Posicionamento de grande precisão Utiliza a fase de batimento da portadora para calcular bases entre 2 estações (posicionamento relativo). (*) uma extensão a este modo é o GPS Diferencial (DGPS) que também utiliza a observável pseudo-distância para o posicionamento, mas que ao mesmo tempo incorpora correcções em tempo-real aos erros inerentes às medições. Posicionamento Absoluto Consiste na determinação da posição absoluta de um objecto no espaço relativamente a um sistema de coordenadas bem definido (com posição e orientação relativamente à Terra perfeitamente conhecidas). Envolve a utilização de um único receptor GPS sendo a sua posição calculada (no sistema WGS84) usando pelo menos 4 pseudo-distâncias e a mensagem de navegação transmitida pelos satélites. Permite obter uma precisão na ordem dos 5 a 10 metros dependendo da configuração dos satélites, em serviço SPS e 1 m em serviço PPS. Estação 7

8 Receptores GPS Diferencial (DGPS) O GPS diferencial baseia-se no conceito de que os erros na posição absoluta de um dado ponto são similares aos de outros pontos numa dada área (local). Registando medições GPS num dado ponto de coordenadas conhecidas, esses erros podem ser quantificados. Consequentemente, podem aplicarse correcções aos outros pontos. Aplicando estas correcções em tempo real, a precisão do GPS para posicionamento instantâneo é reduzida para 1 a 2 metros, podendo mesmo ser atingida uma precisão sub-métrica com receptores de gama superior. Estação base Estação remota Receptores para GGPS (tempo real ou pós- processado) Posicionamento Relativo Consiste na determinação do vector posição, com origem num ponto de coordenadas conhecidas (estação base) e com extremidade num ponto (ou mais pontos) para o qual se pretende determinar as coordenadas. Envolve também a utilização de 2 receptores (ou mais), um que permanece fixo na estação base, para a qual se conhecem as coordenadas, e outro (ou outros) que se coloca no ponto a coordenar, devendo ser efectuadas medições simultâneas em pseudodistância e/ou fase da portadora. Estação Base (X,Y,Z) Vector posição X Estação Remota (X,Y,Z ) Z Y (X,Y,Z ) =(X,Y,Z)+( X, Y, Z) Posicionamento Relativo Estático Convencional Estático rápido Modo Estático.Para bases longas (>20Km), onde é exigida a maior precisão possível.técnica indicada para implementação de redes geodésicas.técnica ideal para grandes áreas Cinemático Tempo Real (RTK) Pós-processado A Observações processadas em conjunto Base B Modo Rápido-Estático.Para bases com comprimento até 20Km.Curtos períodos de ocupação.o mais utilizado para grande produtividade de trabalho 8

9 Cinemático Utilizado para caracterização da trajectória de um objecto em movimento (medições contínuas) Muito útil para levantamento de eixos de via e completagem cartográfica, entre outras aplicações RTK - Cinemático em Tempo Real Não é necessário o pósprocessamento Resultados disponíveis no momento da observação 1. Introdução 2. Segmentos do GPS 3. Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 7. Aplicações GPS 8. Futuro Satélites Receptores Antenas Meio de propagação Erros orbitais (erros nas efemérides dos satélites) Erros nos relógios dos satélite Acesso selectivo Erros nos relógios dos receptores (muito maiores do que os erros dos relógios dos satélites) Ruído do receptor (circuitos eléctricos) Erros de multitrajecto Variação do centro de fase das antenas Atraso ionosférico Atraso troposférico Importância relativa das fontes de erro Metros Erros orbitais (Erros nas efemérides) A imprecisão das posições e velocidades iniciais dos satélites, causada por erros nas coordenadas das estações de rastreio e pela utilização de modelos de força (que descrevem as perturbações da órbita dos satélites) pouco precisos, resulta em erros na determinação das órbitas dos satélites Relógios Satél. Ruído do Recept. Multitrajecto Troposfera Efemérides Ionosfera Relógio Recept. SOLUÇÃO Utilização de efemérides de precisão (pós-processadas), tais como as geradas pelo IGS, com precisão inferior a 20 cm, em alternativa às efemérides radiodifundidas, contidas na mensagem de navegação enviada por cada satélite, com precisão superior a 15 m. 9

10 Erros nos relógios dos satélites Os relógios atómicos instalados nos satélites (2 de rubídio e 2 de césio) apresentam desfasamentos em relação ao tempo GPS (GPST). SOLUÇÃO dado que o erro no relógio do satélite é comum a todos os observadores que observem esse mesmo satélite, este erro pode ser eliminado formando diferenças simples entre receptores ou diferenças duplas; pode ser praticamente eliminado por estimação dos parâmetros do relógio (desfasamento e deriva) com base em modelos matemáticos. por aplicação dos coeficientes de correcção ao relógio do satélite constante na mensagem de navegação pode reduzir-se o erro a apenas alguns nanosegundos. Acesso selectivo Implementação de uma técnica que reduz a precisão da informação GPS através da introdução de erros pseudoaleatórios no relógio do satélite e da degradação das efemérides radiodifundidas. O acesso selectivo foi entretanto removido em 1 Maio de Erros nos relógios dos receptores Os receptores GPS estão equipados com relógios de quartzo, os quais apresentam desfasamentos em relação ao tempo GPS. SOLUÇÃO pode ser eliminado formando diferenças simples entre satélites ou diferenças duplas; pode ser praticamente eliminado por estimação dos parâmetros do relógio (desfasamento e deriva) com base em modelos matemáticos. Ruído dos receptores O ruído dos receptores (desvio padrão) associado a cada tipo de medição resulta das limitações inerentes à electrónica dos componentes do receptor. Em regra geral, o ruído das observações é cerca de 1% do comprimento de onda do sinal (cerca de 2 mm para as medições de fase). SOLUÇÃO Utilização de receptores mais recentes e de gama superior, tais como os SNR-8100 TurboRogue usados nas estações que constituem a rede IGS, os quais permitem uma precisão de 0.2 mm e de 0.3 mm para a medição de fase em L1 e L2, respectivamente. Erros de multitrajecto Em adição ao sinal que viaja directamente do satélite até à antena do receptor, existem sinais reflectidos por objectos (edifícios, carros, etc.) que se encontram perto da antena e que interferem com o sinal verdadeiro. Outros factores que afectam o multitrajecto são a geometria dos satélites e as características das antenas. SOLUÇÃO em modo relativo estático, o erro de multitrajecto pode ser reduzido usando sessões de observação longas; em modo cinemático e rápido-estático, o erro de multitrajecto pode ser significativo, pelo que em aplicações GPS de precisão devem ser usadas antenas choke ring por proporcionarem um baixo nível de multitrajecto. Variação do centro de fase da antena Estas variações são função da construção e das características da antena e dependem do ângulo de direcção do sinal observado. Tais variações podem atingir alguns centímetros para alguns tipos de antenas. SOLUÇÃO antenas orientadas espacialmente de modo semelhante (base simples) para minimizar este efeito; utilização de antenas choke ring por possuírem um baixo grau de variação do centro de fase. 10

11 Atraso ionosférico A ionosfera, comprendida aproximadamente entre os km, afecta a propagação das ondas rádio. A sua influência, que depende da localização geográfica, da hora do dia, da actividade solar e da frequência dos sinais rádio, faz com que a velocidade de propagação da fase portadora aumente para além da velocidade da luz, avanço de fase, e que a velocidade de propagação da onda modulada diminua de igual quantidade, atraso de código. SOLUÇÃO pode ser praticamente eliminado combinando observações em 2 frequências distintas, i. e. combinação linear livre da ionosfera; pode ser reduzido utilizando os coeficientes, contidos na mensagem de navegação, num dos diversos modelos desenvolvidos para modelar o efeito da ionosfera. Retardamento ionosférico Atraso troposférico Para além da ionosfera, a propagação das ondas rádio é ainda afectada pela camada electricamente neutra da atmosfera (troposfera e estratosfera). Como a troposfera é responsável por mais do que 75% do efeito total da atmosfera electricamente neutra (dado que contém praticamente toda a massa e todo o vapor de água), o efeito desta camada é designado por efeito da troposfera. Retardamento ionosférico Contrariamente à ionosfera, a troposfera é um meio dispersivo para frequências rádio, ou seja, o seu efeito na fase e no código é equivalente provocando o atraso de fase e do código, pelo que não é possível remover o seu efeito usando 2 frequências. O atraso troposférico é causado por duas componentes, a componente seca da refractividade e a componente húmida. 11

12 SOLUÇÃO a componente seca, que representa mais do que 90% do atraso troposférico total, pode ser determinada com grande precisão a partir de medições da pressão atmosférica assumindo um bom modelo e ausência de erros na medição da pressão; a componente húmida, devida ao efeito do vapor de água, embora contribuindo com menos de 10%, contribui com um maior erro dado que a variação do vapor de água na atmosfera é difícil de modelar, podendo ser determinada pela: i) utilização de modelos baseados em parâmetros metereológicos, que conduzem geralmente a uma determinação pouco fiável; ii) utilização de radiómetros de vapor de água (WVR - Water Vapor Radiometer); iii) estimação estocástica durante o processo de ajustamento. Metros Importância relativa das fontes de erro Relógios Satél. Ruído do Recept. Multitrajecto Troposfera Efemérides Ionosfera Relógio Recept. 1. Introdução 2. Segmentos do GPS 3. Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento A precisão com que as posições podem ser determinadas com GPS, nomeadamente em modo absoluto, depende de 2 factores, ambos variáveis em função do tempo: Precisão da medição da distância receptorsatélite; Geometria da configuração dos satélites. 7. Aplicações GPS 8. Futuro Precisão da medição da distância receptor-satélite O termo usualmente utilizado para representar a precisão de uma medição receptor-satélite é chamado UERE (User Equivalent Range Error) e representa o efeito combinado dos: erros das efemérides; erros de propagação; erros dos relógios; ruído do receptor. O UERE difere de satélite para satélite em cada instante, devido às variações que sofre cada um dos erros parciais, e só assume uma distribuição normal e semelhante para cada satélite da constelação a longo prazo (dias a meses). Geometria da configuração dos satélites A contribuição da geometria da configuração dos satélites na precisão do posicionamento é expressa pelo factor de degradação de precisão (DOP Dilution Of Precision), que é a razão entre a precisão do posicionamento, σ, e a precisão inerente às observações, σ 0 : σ Existem diversos factores DOP: DOP= σ DOP Vertical DOP Horizontal (2D) DOP de Posição (3D) DOP Horizontal e Tempo DOP de Posição (3D) e Tempo σ V =VDOP. σ 0 σ H = HDOP. σ 0 σ P =PDOP. σ 0 σ HT = HTDOP. σ 0 σ G =GDOP. σ

13 O factor DOP varia com o tempo (devido ao movimento dos satélites) e com a localização geográfica e deverá ser o mais pequeno possível. O GDOP constitui um bom critério para a selecção dos 4 melhores satélites visíveis, dado que existe uma grande correlação entre o volume do tetraedro formado pelos vectores que ligam o receptor aos diferentes satélites: um GDOP elevado está associado a uma geometria de configuração em que os satélites estão muito próximos; um GDOP muito baixo está geralmente associado a uma constelação com um dos satélites sobre o observador e os outros 3 satélites igualmente espaçados em azimute no horizonte (volume máximo). 1. Introdução 2. Segmentos do GPS 3. Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 7. Aplicações GPS 8. Futuro Aplicações Navegação GPS em terra monitorização de carros, taxis e veículos que transportem cargas perigosas ou valiosas; monitorização de frotas: transportes públicos e veículos de entregas; apoio a veículos de emergência: ambulâncias, carros de bombeiros e de polícia; aplicações recreativas: orientação e caminhada. Aplicações Navegação GPS no mar navegação costeira ou oceânica assistida; levantamentos hidrográficos; operações de busca e salvamento; monitorização de frotas de pesca ou de navios de transporte de material poluente; levantamentos geofísicos em alto mar (sismicidade e gravidade); aplicações recreativas: vela e pesca. Navegação GPS no ar sistemas de segurança contra colisões; operações de busca e salvamento; determinação de órbitas; apoio à descolagem e aterragem e navegação em rotas. Aplicações Levantamentos GPS controlo fotogramétrico (aéreo e terrestre); levantamentos arqueológicos; cadastro e redes urbanas; levantamento e gestão de infraestruturas (estradas e autoestradas); levantamentos de engenharia (construção de edifícios, pontes e estradas). observação de estruturas Aplicações Cartografia GPS Cartografia e gestão de recursos naturais inventário de árvores; habitat animal; tipos de vegetação; espécies ameaçadas; delimitação de lagos e rios. Cartografia de desastres naturais sismos; tornados; fogos; cheias. 13

14 Aplicações GPS na agricultura delimitação de parcelas agrícolas; levantamentos de canais de irrigação; localização de poços ou furos de água; delimitação de culturas danificadas. Aplicações Geodesia/Geodinâmica monitorização da subsidência dos solos; estabelecimento de redes geodésicas regionais e continentais; medição da posição relativa de redes geodésicas em intervalos de tempo regulares com vista à inferição de movimentos horizontais e verticais da crusta. Aplicações Tempo e sincronização GPS redes de telecomunicações; redes de antenas de telefones celulares; redes de computadores; redes de electricidade. 1. Introdução 2. Segmentos do GPS 3. Estrutura do sinal GPS 4. Posicionamento com GPS 5. Fontes de erro 6. Precisão do posicionamento 7. Aplicações GPS 8. Futuro Novos satélites (Bloco IIR-M, IIF) Mudança do sinal L1 e L2 (mais potentes) Adição de um novo sinal (L5) Criação de novos códigos - L2C -M Modernização do Segmento de Controlo A próxima geração - GPS III GNSS/EGNOS/WAAS/MSAS 14

15 GLONASS Global Orbiting Navigation Satellite System Desenvolvido por: Ministério de defesa da Federação Russa Funcionamento: Segmento espacial 21 satélites em 3 planos orbitais orbita 19,100 km e passo 8 dias Segmento de controlo SINAL: derivado da banda-l (L1=1602 MHz + n*0.5025) n é o número de frequência do canal EGNOS- European Geostationary Navigation Overlay Service ( perspectivas: melhorar a precisão posicional de 20m para 2m) Segmento espacial Três satélites geostacionários Inmarsat III Atlantic Ocean region East ( 15.5ºW) ESA ARTEMIS (21.5ºE) Inmarsat III F5 (25ºE) Ainda: Informação precisa da posição de cada satélite GPS; Informação sobre os relógios a bordo; Parâmetros ionosféricos Segmento do utilizador Segmento de controlo WAAS Wide Area Augmention System Desenvolvido por: Federal Aviation Administration (FAA) e Department of transportation (DOT) FUNCIONAMENTO: 25 estações terrestres localizadas nos EUA; 2 estações de controlo Estações de controlo principais 34 estações terrestres Recebem a informação GPS, determinam e enviam as correcções a aplicar aos dados GPS ( derivas orbitais, erros do relógio, atrasos ionosféricos e troposféricos) Segmento do utilizador VALIDADE: América do Norte Operacional desde Setembro de 2002 : precisão posicional horizontal 1-2 m precisão posicional vertical 2-3 m Áreas geográficas com tecnologia WAAS, EGNOS e MSAS 15

16 GALILEU European Satellite Navigation System Projecto da Comissão europeia em conjunto com a ESA Segmento espacial 30 satélites (orbita km) em três planos orbitais com inclinação de 56º. Cada plano terá 9+1 satélites Segmento de controlo 2 centros principais na Europa central Segmento do utilizador Galileo is Europe's contribution to the next generation Global Navigation Satellite System. The service will be free at the point of use, but a range of chargeable services with additional features will also be offered. These additional features would include improved reception, accuracy and availability.. CONCLUSÃO No caso civil : Aumento de precisão Possibilidade de fazer combinações lineares Eliminação do efeito da ionosfera Maior facilidade na determinação de ambiguidades Maior capacidade de protecção contra interferências externas Continuidade de sinal No caso militar : Maior precisão Maior protecção contra interferências hostis Previsão da data de entrada em funcionamento :2009 Bibliografia Antunes, C. (2002), Sebenta da cadeira de Topografia. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Marreiros, J.P.R. (2001), Apontamentos sobre o GPS NAVSTAR. Instituto Hidrográfico. Mendes, V. B. (1999), Notas do curso de GPS. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Seeber, G. (1993), Satellite Geodesy: Foundations, methods and applications. Walter de Gruyter & Co. Teunissen, P.J.G. And Kleusberg, A. (1998), GPS for Geodesy. 2 nd edition Springer-Verlag. Web Pages