Introdução ao Sistema de Posicionamento Global (GPS)

Transcrição

1 Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro Universidade Federal Fluminense Instituto de Geociências

2 Introdução O Sistema de foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa nos Estados Unidos com o propósito de fornecer ao usuário posição geográfica através de coordenadas (x,y,z) ou (λ,ϕ), velocidade e tempo.

3 A solução de navegação através da tecnologia GPS

4 Introdução As medições do tempo de chegada da fase-código com pelo menos 4 satélites são usadas para estimar a posição em 3 dimensões (x,y,z) e o tempo GPS.

5 Componentes do sistema Constelação de satélites (segmento espacial) Estações de controle (segmento controle) Usuários (segmento usuário)

6 Introdução Os satélites GPS são veículos espaciais que enviam sinais de rádio a partir do espaço.

7 Introdução A constelação de satélites GPS consiste em 27 satélites que orbitam a Terra num período de 12 horas. A altura de cada órbita é tal que os satélites repetem a mesma trilha e configuração sobre o mesmo ponto a cada 24 horas, aproximadamente.

8 Rede de estações de controle e monitoramento dos satélites GPS

9 Segmento controle Consiste de um Consiste de um sistema composto por estações localizadas ao longo do planeta.

10 Introdução Cobertura das órbitas dos satélites GPS sobre o planeta.

11 Introdução Introdução ao Sistema de Transferência de tempo entre estações distintas. Métodos: estático ou cinemático; e posicionamento isolado ou relativo (DGPS).

12 Posicionamento isolado com rastreadores de navegação Posição: (x,y,z), (λ,ϕ,h) Tempo Velocidade

13 Sistema de coordenadas terrestres (x,y,z) Geocêntrico. Plano-retangular.

14 Sistema de coordenadas terrestres (λ,ϕ,h) Geocêntrico. Geodésico.

15 Sistemas geodésicos de referência: DATUM HORIZONTAL: SAD-69/Médio, SAD-69/IBGE (SIRGAS), WGS-84, Córrego Alegre, etc... DATUM VERTICAL: Imbituba, Torres, Nível de referência local (DHN), etc...

16 Posicionamento diferencial Consiste de um Consiste de um sistema composto por estações localizadas ao longo do planeta.

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18 Geometria dos satélites GPS Boa geometria. Má visibilidade. Resultam em más condições de campo e de cálculo.

19 Geometria dos satélites GPS Boa geometria.

20 Geometria dos satélites GPS Geometria pobre.

21 Navegação GPS Veículos: terrestres aéreos marítimos

22 Navegação e posicionamento com GPS: Exercício prático: Uso de rastreadores de navegação GARMIN E-trex Map76S

23 ANEXOS

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27 Serviços especificados no Plano de Radionavegação Federal (EUA): Serviço de posicionamento preciso (PPS): usuários autorizados com equipamentos criptografados e códigos-chave. Precisão: 22 m (horizontal); 27,7 m (vertical) e 100 nanosegundos (temporal).

28 Serviços especificados no Plano de Radionavegação Federal (EUA): Serviço de posicionamento padrão (SPS): para usuários civis, com precisão degradada propositalmente através da Disponibilidade Seletiva (SA). Precisão: 100 m (horizontal); 156 m (vertical) e 340 nanosegundos (temporal).

29 Sinais emitidos pelos satélites GPS: Freqüência L1: 1575,42 MHz: é portadora da mensagem de navegação e os sinais de código SPS. Freqüência L2: 1227,60 MHz: é usada para medir o atraso de sinal ionosférico pelos rastreadores PPS.

30 Sinais emitidos pelos satélites GPS: Três códigos binários: Código C/A: Coarse Acquisition (L1) Código P: Precise (L1 e L2) Mensagem de Navegação (L1-C/A): é um sinal, na freqüência de 50 Hz, consistindo em bits de dados que descrevem as órbitas dos satélites GPS, correções de relógio e outros parâmetros do sistema.

31 Posição e tempo a partir do GPS: O receptor GPS produz réplicas do código P e/ou do código C/A. Receptores modernos são capazes de armazenar um conjunto completo de chips de código C/A pré-computado na memória.

32 Navegação por pseudo-distância: A posição do receptor é definida através da interseção das direções estabelecidas pelo conjunto das pseudo-distâncias a partir dos satélites GPS. A posição pode ser obtida por coordenadas: geodésicas (λ,ϕ,h) plano-retangulares (x,y,z)

33 A posição em coordenadas plano-retangulares é convertida pelo receptor em coordenadas geodésicas. (x,y,z) (λ,ϕ,h) (λ,ϕ,h) (x,y,z)

34 Fontes de erros do GPS: Erros GPS são uma combinação de: Noise: ± 1m Bias: devido à própria SA e também provocado por outras fontes. Blunders: podem gerar erros de centenas de quilômetros

35 Introdução Introdução ao Sistema de Representação simplificada da constelação GPS nominal, através da ascenção reta do nodo ascendente.

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38 Sinais dos satélites GPS

39 Sinais, custos e precisões

40 Formato dos dados de navegação

41 Gerador do código C/A

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44 Correlação entre os sinais do receptor e do satélite

45 Correlação completa entre os sinais do receptor e do satélite

46 Ausência de correlação entre os sinais do receptor e do satélite

47 Correlação parcial entre os sinais do receptor e do satélite

48 Amostra do código PRN

49 Diagrama de blocos simplificado do receptor GPS

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58 Técnicas do GPS diferencial (DGPS): GPS com código diferencial (utilizada em navegação) GPS com onda portadora diferencial (utilizada em levantamentos) Transferência de tempo de uma estação para outra

59 Alguns tópicos avançados: Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo GPS (RBMC-GPS) Sistema de Referência Geocêntrico para a América do Sul (Projeto SIRGAS) GPS e a Rede Geodésica Brasileira Conexão de ilhas oceânicas brasileiras com a Rede Geodésica Brasileira

60 Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro OBRIGADO! Universidade Federal Fluminense Instituto de Geociências Universidade Federal Fluminense 4/12/