Sistemas de localização indoor e outdoor. Tales Pinheiro de Andrade

Transcrição

1 Sistemas de localização indoor e outdoor Tales Pinheiro de Andrade 11 de dezembro de 2008

2 Sumário 1 Prefácio 2 2 Técnicas de posicionamento Triangulação Trilateração Multilateração Sistemas de localização outdoor GPS Histórico Características e funcionamento Segmento espacial Segmento de controle Segmento de usuário Sinal transmitido pelos satélites Fontes de erro Melhorias de precisão Futuro Glonass Sinal Satélites Histórico Status atual Galileo Histórico Serviços Satélites Outros sistemas Sistemas de localização indoor Wireless LAN UWB Indoor Positioning System Active Bats References 25 1

3 1 Prefácio Desde o início das navegações marinhas pelo homem, vem sendo desenvolvidos sistemas de localização, posicionamento e mapeamento. Mas foi somente durante Guerra Fria que estes sistemas começaram a ter desenvolvimentos importantes. Com a criação dos primeiros satélites, e posteriormente dos computadores, sistemas de posicionamento via satélite começaram a serem desenvolvidos. No início, o propósito principal era militar, iniciando um processo de mapeamento terrestre e de desenvolvimento dos primeiros armamentos capazes de se locomoverem baseados nos dados de posicionamento, aumentando a eficácia bélica dos países envolvidos na Guerra Fria. Com o aumento da aviação civil comercial, o eminente fim da Guerra Fria e um incidente civil internacional, o propósito destes sistemas começou a mudar, perdendo o foco militar e passando a ter um grande valor civil. Mas existe uma grande restrição à localização e posicionamento via satélite. Devido as características dos sinais de rádio do satélites, estes sistemas podem ser usados apenas em ambientes externos. O uso em locais fechados é ineficaz pela perda do sinal. Por isso, paralelamente, esforços acadêmicos começaram a desenvolver técnicas de posicionamento em ambientes fechados. Usando som, sinal de rádio e laser, apenas para citar algumas técnicas, sistemas de posicionamento indoor têm evoluído e já tem algumas aplicações comerciais importantes, como Este trabalho é dividido em 3 partes. Na primeira será feita uma breve introdução sobre técnicas de medição de distancia e posicionamento. A segunda parte aborda os sistemas de posicionamento outdoor. Na terceira parte serão abordados alguns sistemas de posicionamento indoor. Por ultimo será dado uma pequena conclusão sobre os sistemas de localização outdoor e indoor. 2 Técnicas de posicionamento Existem diversas técnicas de posicionamento. Discutiremos aqui algumas das mais usuais, utilizadas tanto para sistemas outdoor quanto para sistemas indoor. 2.1 Triangulação Triangulação (Wik08) é o processo de determinar a localização pela medida de ângulos a partir de pontes de referência conhecidos até a posição a ser 2

4 determinada, sem medir a distância até o ponto. A posição pode então ser determinada como o terceiro ponto de um triângulo, com dois ângulos e um lado conhecido. O sistema também é conhecido como um sistema de monitoração ou agrimensura por meio de triângulos muito grandes, conhecidos como redes de triangulação. Esse sistema teve grande avanço com o trabalho de Willebrord Snellius entre 1615 e 17, que mostrou como localizar um ponto em um triângulo com apenas 2 pontos e os ângulos entre eles conhecidos. Todo o processo se originou com o trabalho de Thales de Mileto, matemático présocrático, que usou a técnica para medição da altura de pirâmides, usando a propriedade da semelhança de triângulos. Além disso, trabalhos semelhantes podem ser encontrados no Papiro Rhind (um papiro egípcio de milhares de anos, tido como o primeiro manuscrito matemático, com regras praticas para solução de diversos problemas matemáticos). Também foi usada para produção de mapas antes do trabalho de Willebrord, no trabalho de produção de mapas do cartografo holandês Gemma Frisius. Atualmente, esse sistema é usado, entre outras coisas, por sistemas de medição óptica tridimensional, a fim de determinar as dimensões e geometria de um objeto, assim como para visão binocular, direcionamento de armas, astrometria, geodesia, topografia. Antes do advento dos Sistemas Globais de Posicionamento era o método mais usado para navegação. O posicionamento é baseado no calculo da altura de um triângulo, tendo a base conhecida (a distância entre dois pontos de referencia conhecidos conhecidos) e os ângulos formados por esta base e a linha entre o ponto a ser determinado e os pontos conhecidos. Conhecendo o comprimento l entre os pontos de referência a e b, e os ângulos α e β, podemos calcular a distância d do ponto c a ser posicionado e a base do triângulo com a formula 2.2 Trilateração d = l 1 tan α + 1 tan β A técnica de trilateração (Wik08) se baseia no posicionamento da interseção de 3 circunferências, os quais tem a localização de seus centros e o raio de cada um conhecidos. Assim, o centro de cada circunferência se torna o ponto de referencia para posicionamento. Sejam C 1, C 2 e C 3 três circunferências com centros c 1 = (x 1, y 1 ), c 2 = (x 2, y 2 ) e c 3 = (x 3, y 3 ) e raios, r 2 e r 3, respectivamente, visíveis na figura 3

5 A técnica consiste em determinar matematicamente a posição da interseção (x, y) Atualmente o sistema é usado para posicionar sensores móveis para prevenção de incêndios em florestas e para monitoração de tempestades. Usando apenas 3 circunferências, podemos determinar a posição da interseção em um plano bidimensional. Mas se forem usadas 4 esferas, é possível determinar a posição tridimensional da interseção dessas esferas (caso sejam usadas 3 esferas, podemos determinara posição tridimensional em um plano contendo o centro das 3 esferas). 2.3 Multilateração Multilateração (Wik08) é a técnica de posicionar um objeto baseado na diferença de tempo de chagada (Time Difference of Arrival - TDOA) de um emissor até três ou mais receptores ou de um receptor com sinal de pelo menos 3 emissores. Diferente da Trilateração, essa técnica não usa a distância absoluta entre receptor/emissor. Normalmente, a técnica é usada para localização de aviões ou veículos, que funcionam como transmissores. O pulso enviado é recebido por bases receptoras com posições conhecidas. A técnica consiste então de medir a diferença do tempo de chegada desse sinal entre as bases, já que estas tem o horário precisamente sincronizado, e pelas propriedades físicas, o sinal chega em bases com localizações diferentes com diferenças de tempo. Sabendo a localização de dois receptores, é possível localizar o emissor na metade do locus (Wik08x) de uma hiperboloide (Wik08v) de folha dupla. Adicionando novas bases receptoras, mais hiperboloides são formadas, sendo então possível determinar a localização do objeto na interseção das hiperboloides. Devemos notar que não é necessário conhecer a distancia absoluta entre os pontos de referência e o objeto sendo localizado, mas apenas a diferença de tempo de chegada do sinal em cada uma das bases receptoras. Em teoria, usando mais receptores produziria mais hiperboloides, e consequentemente poderíamos localizar o objeto com mais precisão usando a interseção destas novas hiperboloides. Mas na pratica raramente as hiperboloides se intersectam devido a vários erros. Assim, o problema de aumentar a precisão neste sistema é resolvido como um problema de otimização usando o Método dos mínimos quadrados. O caso reciproco também é possível, com três ou mais emissores emitindo um sinal de localizações bem conhecidas, e medindo ou a diferença de tempo de chegada ou a diferença de fase entre os sinais, sendo que neste ultimo é 4

6 possível enviar apenas um sinal de onda continua, sendo possível o uso para sistemas de navegação. A precisão o sistemas de Multilateração depende de diversos fatores, como geometria da antena do emissor e do receptor, precisão de tempo do sistema receptor, precisão de sincronização de frequência entre os osciladores do emissor e do receptor, sincronização de fase do sinal emitido e do sinal recebido e imprecisão da localização do emissor ou receptor quando usada como ponto de referencia com localização conhecida. Apesar destes problemas, em geral a Multilateração é uma técnica mais precisa que a triangulação. Atualmente, esta técnica é usada na localização de celulares GSM, em diversos sistemas regionais de localização outdoor, dos quais falaremos mais tarde. 3 Sistemas de localização outdoor Atualmente, diversos sistemas competem ou trabalham em conjunto para permitir a localização, e possivelmente navegação, de objetos em ambientes externos. Nesta seção falaremos sobre alguns dos sistemas disponíveis, a evolução dos sistemas e uma amostra do que podemos esperar para o futuro. 3.1 GPS Dentre todos os sistemas de localização outdoor, o GPS (Wik08o) é sem duvidas o mais conhecido. Difundido de modo amplo, o principal motivo é que este vêm a ser, até meados de 2008, o único serviço gratuito com cobertura completa totalmente funcional. O nome oficial é NAVISTAR GPS, e é operado pelo 50th Space Wing (Wik08a) das Forças Aéreas Americanas (USAF) Histórico O sistema foi desenvolvido durante a Guerra Fria pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América. O primeiro sistema de navegação americano era o Tansit (Wik08), também conhecido como NAVSAT, usado inicialmente pela Marinha norte-americana, para prover informações de localização precisa para misseis submarinos. Esse sistema foi desenvolvido após analise da órbita do satélite russo Sputnik. Alguns dias após o lançamento do Sputnik, os cientistas George Weiffenbach and William Guier, do Laboratório de Físicas Aplicadas (APL), da Universidade Johns Hopkins, conseguiram determinar a órbita do satélite analisando 5

7 o deslocamento Doppler (Wik08h) do sinal transmitido. Com isso, Frank McClure, então líder do APL sugeriu que, como a posição do satélite era determinada e precisa, receptores em terra poderiam usar estes sinais para localização, usando para isso o efeito Doppler. Nascia então o sistema Transit, que teve os primeiros testes bem sucedidos em O sistema Transit precisava de pelo menos 5 satélites para uma cobertura global, mas um máximo de 10 satélites deste sistema já estiveram em orbital simultaneamente, um funcionando como reserva do outro. Como o sistema localizava um receptor usando apenas o efeito Doppler, e apenas um satélite era visível de cada vez, a fixação de um ponto só era possível quando um dos satélites era visível, o que variava entre 1h ou 2h em altas latitudes, a até varias horas ao redor do Equador. Em 1967, a Marinha Norte-Americana desenvolveu o satélite Timation(Wik08), que provia relógios precisos em órbita, tecnologia na qual o GPS se suporta, e cujo conceito era fazer broadcast de uma referencia de tempo precisa. O projeto do GPS também foi influenciado por sistemas de localização terrestres, desenvolvidos durante a 2 a Guerra Mundial, como o LORAN (Wik08y) e o DECCA (Wik08f), que eram usados para navegação marítima, principalmente na navegação costeira. Em 1983, após o voo 007 da Korean Air Lines (Wik08w) ser abatido por ter entrado acidentalmente em território aéreo da extinta URSS (estes alegaram que não acreditaram ser um voo civil, mas ser uma provocação deliberada pelos Estados Unidos a fim de testarem a resposta de defessa soviética), matando 269 passageiros e a tripulação, incluindo o único congressista americano morto pelos soviéticos durante a Guerra Fria, Lawrence McDonald, o então presidente Ronald Reagan assinou um tratado tornando disponível de forma totalmente gratuita o sistema de GPS como um bem comum, tornando-o desde então largamente utilizado ao redor do globo, e se tornando uma ferramenta indispensável na cartografia, agrimensura, em usos científicos e até em hobbies como Geocaching (Wik08l), Geodashing (Wik08m), Wherigo (Wik08) e Waymarking Características e funcionamento O sistema GPS é dividido em 3 partes bem definidas com funções distintas, chamadas de segmentos: espacial, controle e usuário Segmento espacial O segmento espacial compreende a constelação de satélites GPS. Inicialmente foi projetado para possuir, inicialmente, 24 satélites em 3 planos orbitais, mas 6

8 posteriormente foi alterado para 6 planos orbitais com 4 satélites em cada plano. Os 6 planos tem uma inclinação aproximada em relação ao Equador de 55 o. As órbitas são arranjadas de forma que pelo menos 6 satélites estejam visíveis ao mesmo tempo de qualquer ponto da Terra. Orbitando a uma altitude de aproximadamente Km, temos então aproximadamente 10 satélites visíveis ao mesmo tempo, cada um dando aproximadamente 2 voltas ao redor da Terra a cada dia, o que ajudou durante a fase de desenvolvimento, já que mesmo com apenas 4 satélites em órbita, o alinhamento dos 4 ao mesmo tempo em determinado ponto da Terra acontecia por algumas horas por dia. Além disso, o rastro em terra que cada um dos satélites percorre ajuda sistemas militares a garantir boa cobertura em zonas de combate. Em Março de 2008, foi reportado que 31 satélites estavam em funcionamento, aumentando a performance e precisão dos receptores, provendo medições redundantes. Além disso, com o aumento do número de satélites orbitando, o arranjo dos satélites foi modificado para um modo não uniforme. A constelação de satélites faz um broadcast continuamente de um sinal contendo a hora precisa em que o sinal foi enviado (controlada por um relógio atômico interno), a informação orbital do satélite transmissor (as efemérides), e a informação do estado atual de todo o sistema de satélites (o almanaque). O receptor então calcula o tempo de transmissão do sinal, encontrando assim a distância do receptor ao satélite. Se um satélite tem algum problema na transmissão dos dados ou usa órbita está instável, então ele é marcado como defeituoso. Assim, um receptor, programado corretamente, deixa de usá-lo como referência. O satélite ou sua órbita podem então ser corrigido, marcado em seguida como bom, e os receptores voltam a usar seus dados. Todos os satélites transmitem nas mesmas duas frequências, 1,5754 2Ghz (frequência L1) e 1,2276 GHz (frequência L2). O receptor pode distinguir o satélite pois o sistema usa CDMA, codificando a mensagem com uma seqüência pseudo aleatória para cada satélite, conhecida como PRN. O receptor conhece ao PRN de cada satélite, e pode usa-lo para reconstrução da mensagem caso necessário. Duas codificações distintas são usadas pelo sistema. A modulação C/A (também chamada de Golden Code) em 1,023 milhões de chips por segundo (Wik08d) e o código preciso (P), a uma taxa de 1023 milhões de chips por segundo. A portadora L1 é modulada por ambos os códigos, enquanto a portadora L2 modula apenas o código P. O código C/A é o código publico, disponível em receptores GPS de uso civil, enquanto o código P pode ser criptografado no código P(Y), sendo este ultimo disponível apenas em equipamentos militares com uma chave de criptografia apropriada disponível sob 7

9 autorização americana. Além das frequências L1 e L2, outras 3 existem nos satélites. A frequência L3 é usada para Sistema de detecção de carga útil (NDS) para Detonação Nuclear (NUDET), usado para detectar detonações nucleares e outros eventos altamente energéticos, assegurando tratados banindo testes nucleares. A frequência L4 está atualmente sendo estudada para correções iionosfericas adicionais, enquanto a frequência L5 foi proposta para o sinal de risco de vida civil (Safety of Life - SoL), proposto no projeto de modernização do GPS. Esta ultima frequência cai em uma faixa protegida internacionalmente para uso em aviação civil, mas promete pouca ou nenhuma interferência em todas as circunstancias. O primeiro satélite a transmitir nesta frequência deve ser lançado em Segmento de controle O percurso de voo dos satélites GPS é controlado pelas Forças Aereas dos Estados Unidos (USAF) em bases no Hawaii, no atol Kwajalein, em Ascension Island, Diego Garcia e em Colorado Springs. Além destas bases, outras bases de monitoração controladas pela Agencia Nacional de Inteligência Geo-Espacial (NGA) também são usadas. As informações são passadas para a base central de controle no Comando Espacial da Força Aérea na base da Força Aérea em Schriever, localizada em Colorado Springs, operada pelo 2 o Esquadrão de Operações Espaciais (2 SOPS) da USAF. O 2 SOPS atualiza regularmente os satélites, sincronizando os relógios atômicos para diferenças de no máximo poucos nanosegundos, ajustam as efemérides entre os satélites e as efemérides de cada modelo orbital interno. A manobra dos satélite não é precisa, pelo projeto inicial do GPS. Para mudar então a orbita do satélite, ele é marcado como defeituoso, assim seus dados não são mais usados. Seu caminho é então rastreado, e a orbital resultante é atualizada nas efemérides, e o satélite é então marcado como funcional novamente Segmento de usuário O receptor GPS é efetivamente o segmento de usuário. Ele é composto de uma antena, sintonizada para as frequências dos satélites, processadores e um cristal oscilador bastante preciso. Normalmente inclui também um display, para mostrar informações aos usuários. Normalmente um receptor é descrito pelo número de canais, o que significa a quantidade de satélite que ele pode monitorar simultaneamente. Atualmente esse número varia entre 12 e 20 canais. 8

10 Muitos receptores GPS podem usar, atualmente, sistemas regionais, como o WAAS (Wik08), que melhoram a performance, permitindo uma maior precisão e rapidez na fixação de uma posição. E muitos podem disponibilizar os dados para outro dispositivo, como um computador, usando o protocolo NMEA 0183 ou o NMEA 2000, apesar deste ultimo ser menos usado. Esse protocolo é definido pela NMEA (Wik08 ), referencias disponibilizadas sob domínio publico permitiram a criação de softwares livres, como o gpsd (TBNR08; Wik08t) É o receptor que efetivamente calcula a posição. Para isto, efetua a medição da distância até cada satélite monitorado (isto é, visível e funcional) calculando a diferença de tempo entre o sinal ser enviado pelo satélite e a chegada ao receptor. Essa diferença de tempo é conhecida como Tempo de Voo (Time of Flight - TOF (Wik08)). Sendo t i o horário em que o satélite i enviou o sinal, tr i o horário de chegada deste sinal ao receptor, e considerando que este sinal viaja a velocidade da luz, a distância pode ser calculada como d = (tr i t i ) c, onde c é a velocidade da luz. De posse das distancias do receptor até um mínimo de 4 satélites visíveis, o receptor consegue determinar sua posição. Usando 3 satélites já é possível determinar uma posição bidimensional mas um mínimo de 4 são necessários para um posicionamento tridimensional. Sabendo a distância, é possível localizar a posição do receptor na superfície de uma esfera, centralizada no Satélite, e de raio d, a distância do receptor ao tal satélite. O receptor usa então a Trilateração para fixar a posição, localizando o receptor na interseção dos 4 satélites. O uso de mais satélites pode gerar uma correção de erro e assim uma precisão maior. No caso do uso de apenas 3 satélites, e considerando a localização tridimensional, temos que 3 esferas se intersetam em 2 potos, simétricos ao plano contendo os três satélites. Se os três não estão no mesmo plano, então o ponto mais próximo da Terra será usado como posição para um objeto como um carro ou um navio, mas o ponto mais longe será usado como localização para um avião, por exemplo. Se os dados das efemérides e do almanaque são armazenados no receptor, mas estão desatualizados (o receptor ficou, por exemplo, desligado por longo tempo), o tempo da primeira fixação pode demorar um longo tempo. Caso o sinal tenha sido perdido por um curto período (por exemplo, ao passar por um túnel), então assim que o receptor recebe o primeiro sinal já é possível determinar a posição. Se hora e posição são conhecidas e os dados do almanaque e das efemérides estão atualizados, acontece uma partida a quente do receptor, o que acontece quando o receptor e ligado aproximadamente na mesma posição dentro de um intervalo de 2h a 6h desde a ultima aquisição, o o receptor pode fixar a 9

11 posição dentro de aproximadamente 15s Quando o almanaque está disponível e a hora do receptor está correta, mas as efemérides estão desatualizadas, temos a chamada partida a morno, e é quando o receptor leva até 45s para fixar a posição. Isto acontece quando temos mais de 2h a 6h desde a ultima recepção dos satélites atualmente visíveis. Quanto mais novos satélites entram no campo de visão do receptor desde a ultima determinação de uma posição, mais tempo o receptor leva para a partida a morno. Se nem as efemérides nem o almanaque são conhecidos, temos então uma partida a frio, e é quando o receptor precisa receber todo o almanaque dos satélites, o que leva até 12min30s, e acontece quando o receptor ficou desligado por algumas semanas, foi armazenada sem bateria ou viajou mais de 300Km. Além disso, se o almanaque não precisa ser coletado, mas apenas satélites marcados como defeituosos estão visíveis, o receptor precisa esperar até um funcional entrar no campo de visão para poder fixar um ponto. E, para aumentar a performance de uma partida a frio, alguns receptores permitem entrada manual de posição aproximada Sinal transmitido pelos satélites A constelação de satélites transmite continuamente uma mensagem (Kow05) conhecida como Mensagem de Navegação, é transmitida a 50 bit/s, contendo no total bits, o que significa que são necessários 12min30s para receber uma mensagem completa. Caso o receptor não armazene informações dos satélites ou esteja com os dados desatualizados, este é o tempo necessário para a primeira determinação de sua posição. O sinal é dividido em 25 quadros, cada um com 1500 bits de tamanho. Os quadros são divididos então em sub-quadros de 300 bits, cada um dividido por sua vez em 10 palavras. A primeira palavra de cada sub-quadro é a Telemetry Word (TLW), que contém informações sobre a idade dos dados das efemérides. A segunda palavra é conhecida como HOW - Hand Over Word, e contém o número de z-epoches, isto é, o tempo desde o ultimo reinicio da hora do GPS desde a 0h do ultimo domingo. O resto do primeiro sub-quadro contém dados sobre o estado e precisão do satélite transmissor e dados para correção do relógio do receptor. Os sub-quadros 2 e 3 contém os dados das efemérides. Já os sub-quadros 4 e 5 contém o almanaque, contendo os dados orbitais de toda a constelação de satélites, estado técnico e configuração atual, entre outras informações. O sub-quadro 4 contém os dados dos satélites 25 a 32, além de dados para 10

12 correção ionosférica, informações especiais e hora UTC. O sub-quadro 5, por sua vez, contem os dados dos satélites 1 até 24. Os primeiros 3 sub-quadros são idênticos em todos os 25 quadros, assim, a cada 30s os dados mais importantes para fixação de uma localização são transmitidos. Dos dados do almanaque o receptor identifica os satélites que usará para determinar sua posição Fontes de erro Varios fatores causam erro na localização do GPS, e a tabela 1 mostra o erro aproximado causado por algumas fontes. Efeitos atmosféricos Inconsistências nas condições atmosféricas afetam a velocidade do sinal GPS na atmosfera da Terra, principalmente na ionosfera. Esses erros são maiores quando os satélites estão perto do horizonte, já que precisam passar por uma atmosfera maior. Como esses efeitos mudam de acordo com a frequência, a medição de seu efeito em duas frequências diferentes pode ser usada para sua correção. Além disso, como seu feito muda muito pouco através do tempo, seu efeito pode ser corrigido para uma determinada área geográfica. Multi-caminhos Conhecidos também como sombras ou fantasmas, é causado pela reflexão do sinal em montanhas, construções, paredes de canions. Este sinal atrasado causa imprecisão. Algumas técnicas matemáticas foram criadas para minimizar o efeito no receptor, e atrasos maiores podem ser descartados pelo receptor. Erros nas efemérides e no relógio interno dos satélites Mesmo com as efemérides sendo transmitidas a cada 30s, seus dados podem estar com até 2h de atraso. Além disso, seus dados são considerados válidos por até 4h. Isso pode não indicar a posição correta do satélite no momento da fixação da posição. Apesar de usarem relógios atômicos bastante estáveis, alguns erros podem ocorrer no relógio. Para corrigir este problema, a mensagem inclui dados para correção e sincronismo dos relógios. Mas estas correções não são automáticas e feitas com base em observações humanas, que também estão suscetíveis a erros. Disponibilidade seletiva Devido a origem militar, o sistema GPS inclui uma funcionalidade chamada Disponibilidade Seletiva, que pode introduzir 11

13 um erro intencional, que muda lentamente e de forma aleatória de até algumas centenas de metros, nos sinais de navegação civil, para confundir sistemas não autorizados. O sinal correto continua disponível, mas de forma criptografada, e apenas os militares americanos e seus aliado possuem a chave. É possível até mesmo a troca diária das chaves, obrigando que aliados tenham que solicitar diariamente a nova chave, e permitindo um controle melhor da distribuição. Mesmo com o recurso desativado, era possível introduzir um erro na frequência civil de aproximadamente 10m, diminuindo a precisão de sistemas balísticos inimigos. Atualmente este recurso está desativado. Durante a Guerra do Golfo, a desatualização dos receptores disponibilizados pelos militares e a pronta disponibilidade de receptores civis mais atuais fez com que muitas tropas americanas comprassem seus próprios receptores civis. Isto é irônico, já que este recurso foi introduzido justamente para estas situações. Como existia então a possibilidade de fornecer sinais errados para militares americanos, o recurso foi então desativado. Em 1990, a FAA pressionou os militares a desligas este recurso permanentemente, salvando milhões de dólares da FAA na manutenção do seu próprio sistema de navegação via radio. Então em 1 de Maio de 2000, Bill Clinton ordenou que o erro na frequência L1 fosse anulado, garantindo uso civil sem erro. Assim, o sinal L1 atualmente não inclui indução de erro, mas os militares desenvolveram uma técnica para negar o GPS para forças hostis em territórios determinados em uma área de crise sem afetar o resto do mundo ou seus próprios sistemas. Em teoria a Disponibilidade seletiva poderia ser atualmente ativada, e o erro reintroduzido, mas até agencias norte americanas como a FAA dizem que isso não ocorrerá. Os novos satélites para o GPS III não incluem este recurso, tornando assim efetivamente desligado quando o sistema GPS vier a ser totalmente modernizados. 12

14 Fonte Efeito Efeitos ionosféricos ±5m Erros nas efemérides ±2, 5m Erro no relógio dos satélites ±2m Multi-caminho ±1m Efeitos troposféricos ±0, 5m Erros numéricos ±1m Tabela 1: Aproximação de erros Melhorias de precisão O sistema GPS possui algumas formas de contornar os erros e aumentar a precisão da fixação de uma posição. Segue a descrição de algumas delas. Sistemas auxiliares Alguns sistemas foram desenvolvidos para dar mais informações externas que podem ser integradas no calculo da posição. Alguns transmitem informações adicionais sobre fontes de erro, como problemas ionosféricos, informações adicionais das efemérides ou erros nos relógios, enquanto outros proveem informações adicionais sobre os satélites. O Wide Area Augmentation System - WAAS (Wik08), é um destes sistemas. Foi desenvolvido pela Federal Aviation Administration, com o único intuito de melhorar a precisão, integridade e disponibilidade do GPS. Seu propósito é principalmente a aviação civil, permitindo a um avião confiar em um GPS até na aproximação, quando uma precisão maior que a do GPS tradicional é muito importante. O WAAS usa uma rede de estações terrestres. Estas estações medem pequenas variações no sinal do satélite GPS. Medidas de estações de referência são roteadas para estações principais, que encaminham uma Correção de Desvio (DC) até os satélites geoestacionários WAAS, aproximadamente a cada 5s. Estes satélites fazem então o broadcast deste sinal para a Terra, permitindo a receptores com WAAS disponivel de corrigirem suas posições aumentando a precisão. A Organização Internacional de Aviação Civil chama está técnica de Satellite Based Augmentation System (SBAS). Como o WAAS está disponível apenas nos EUA, outros sistemas foram desenvolvidos regionalmente em outros lugares, como o GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN) (Wik08r), desenvolvido na Índia, o europeu European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) (Wik08i) ou o japonês Multi-functional 13

15 Satellite Augmentation System (MSAS) (Wik08z). Usando sistemas como este, os receptores GPS podem aumentar sua precisão, que normalmente fica em torno de 10m na horizontal e vertical, para precisões de até 1,5m ou 2m. Outra técnica disponível é o Differential GPS - DGPS (Wik08g), cujo termo significa tanto o a técnica generalizada quanto implementações especificas. A Austrália, por exemplo, usa duas implementações distintas do DGPS. No DGPS, estações em Terra ou satélites efetuam o broadcast da diferença entre a posição indicada pelo satélite GPS e a sua posição real. Isto corrige a pseudofaixa (a medida entre a primeira aproximação de medida de distância entre o satélite e o receptor) (Wik08 ) transmitida pelo satélite GPS. Um terceiro sistema é o Assisted GPS (Wik08b), também conhecido como A-GPS. Este sistema aumenta a performance na inicialização do receptor. Vem sendo extensivamente usado em celulares com receptor GPS embutido, que tiveram seu desenvolvimento acelerado por um mandato da Federal Communications Commission (FCC) americana, implementando o Enhanced 911 (Wik80), que automaticamente associa um endereço físico com um número telefone, permitindo um atendimento mais rápido de um serviço de segurança publica. O A-GPS contorna o problema de quando o receptor GPS não consegue efetuar a recepção do almanaque e das efemérides, por exemplo em ambientes fechados. Isso é efetuado por um servidor assistente, que pode localizar em qual antena um celular está conectado, comparar sinais fragmentados recebidos pelo receptor GPS embutido no celular com o sinal da satélite, informando em seguida ao celular ou a um serviço de emergência e fornecer dados orbitais dos satélites GPS ao celular quando este não pode por algum motivo, permitindo ao celular calcular sua posição. Monitoração precisa A melhoria dos cálculos pode ser otimizado usando monitoração e medição dos sinais GPS de formas alternativas. Atualmente, o maior causador de erros são o atrasos imprevisíveis na ionosfera. Os satélites enviam correções ionosféricas, mas os erros permanecem. É este o motivo do sinal ser transmitido em duas frequências. Receptores com a chave de criptografia podem decodificar o sinal P(Y) transmitido nas duas frequências, mas seu uso é disponível apenas para militares e sistemas autorizados. Porém, sem a chave é possível usar uma técnica de comparar o sinal P(Y) nas duas frequências e obter mais informações de erros, Mas essa técnica é lenta, e portanto apenas usada em sistemas especializados. No futuro, códigos civis novos são esperados nas frequências L2 e L5. Assim todos os sistemas civis terão disponibilidade de comparar o sinal 14

16 em duas frequências e computar o atraso ionosférico. Manutenção do tempo Enquanto a maioria dos relógios é sincronizado com o UTC, os relógios atômicos dos satélites GPS são sincronizados em horário GPS. A diferença é que o horário GPS não é corrigido para coincidir com a rotação da Terra, portanto não contém os saltos de segundos ou outras correções periódicas do UTC. Em 1980, os dois relógios foram sincronizados, mas desde então eles divergiram. Atualmente o relógio GPS diverge em 19s do relógio da Hora Atômica Internacional (TAI). Correções periódicas são efetuadas para corrigir os relógios internos dos satélites e mante-los sincronizados com relógios terrestres, corrigindo erros relativistas. A mensagem de navegação inclui a diferença entre os relógios UTC e GPS. Receptores subtraem este deslocamento para calcular corretamente o horário UTC. Mas novas unidades só mostrarão o horário correto após receberem a mensagem de correção. Além disso, ao contrario do relógio UTC, que é armazenado no formato ano mês dia do calendário Gregoriano, o calendário GPS é armazenado no formato número da semana e número do dia da semana. Como essa data é transmitida em um campo de 10 bits, a cada 1024 semanas o calendário retorna a semana 0. Isto ocorreu as 00h do dia 6 de Janeiro de 1980 (00:00:00 UTC (00:00:19 TAI)), quando foi inicializado, e retornou a semana 0 em 23:59:47 UTC do dia 21 de Agosto de Assim, para determinar o calendário gregoriano corretamente, o receptor deve receber a data aproximada(dentro de um intervalo de 3584 dias) para corretamente converter a data. Para corrigir este problema, a modernização do GPS prevê a utilização de um campo de 13 bits para armazenar a data, causando uma a reinicialização do calendário apenas a cada 157 anos, voltando a semana 0 apenas em 2137, aproximadamente Futuro Tendo atingido os requerimentos para capacidade operacional total em 17 de julho de 1995, o GPS atingiu sua meta original. Mas avanços adicionais na tecnologia e requisitos adicionais novos levaram a um programa de modernização do GPS.. Assim, em 2000 o congresso americano autorizou o projeto de modernização, nomeado como GPS III. O projeto prevê melhoria na precisão e disponibilidade para todos os usuários, envolvendo novos satélites, novas bases e quatro novos sinais/ Os novos sinais civis serão chamados L2C, L5 e L1C (Wik08s). O novo código militar será conheecido M-Code. 15

17 3.2 Glonass Acrônimo para GLObal naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (Wik08p), é o um sistema de navegação via satélite desenvolvido pela extinta URSS, e atualmente operado pelas Forças Espaciais Russas. Inicialmente uma alternativa ao GPS, atualmente é um complemento tanto ao GPS quanto ao Galileo (Wik08k). O sistema foi desenvolvido inicialmente para permitir determinação em tempo real da posição e velocidade para uso do militares soviéticos para navegação e mira de misseis balisticos. O sistema permite, sob um pico de eficiência, precisão horizontal entre 57m e 70m, e vertical de 70m, medida de velocidade de até 15cm/s. Uma constelação de satélites totalmente operacional consiste de 24 satélites, com 21 satélites transmitindo em 3 planos orbitais e 3 para reservas em órbita. Os planos orbitais são separados por um angulo de 120 o, com os satélites igualmente separados dentro de um plano orbital. Devido a altitude dos satélites, Km, o período orbital é de aproximadamente 11h15min. Devido a disposição dos satélites nos planos orbitais, apenas um satélite passa pelo equador de cada vez. O arranjo é tal que, se a constelação está completa, pelo menos 5 satélites são visíveis ao mesmo tempo Sinal Os satélites Glonass transmitem dois sinais: precisão comum (SP) e o de precisão alta (HP) criptografado. Todos os satélites transmitem o mesmo código no sinal SP, mas em frequências diferentes usando FDMA. O sinal HP é transmitido em quadratura de fase com o sinal SP, efetivamente compartilhando a mesma portadora do sinal SP, mas com uma largura de banda 10 vezes maior. Os sinais são transmitidos em frequência L1. Existe também uma transmissão na frequência L2, mas seu uso é militar, e informações sobre está frequência não são divulgadas. Apenas o sinal de referência na frequência L2 é conhecido, idêntico ao transmitido na frequência L1, que pode, eventualmente, ser usado para correção de atrasos na ionosfera Satélites O sistema tem evoluído ao longo do tempo, gerando algumas revisões dos satélites, conhecidas como gerações. Protótipos - geração Zero Satélites lançados entre 1982 e Foram lançados 21 unidades, com tempo de vida de 18 meses 16

18 Primeira Geração Satélites estabilizados, pesavam em média 1250Kg, equipados com um sistema de propulsão modesto para permitir reposicionamento orbital. Tinham tempo de vida entre 16 meses e 3 anos, mas alguns chegaram a durar 68 meses. Eram conhecidos como Uragan Segunda geração Conhecidos como Uragan-M, teve uma primeira unidade lançada em 2001, apesar de terem sido desenvolvidos em Duravam por volta de 7 anos, tendo atualmente sido lançados 14 unidades ao espaço até o final de Foram os primeiros a possuírem um relógio atômico interno. Terceira geração Conhecidos como Uragan-K, tem tempo estimado entre 10 e 12 anos, seu peso foi reduzido para aproximadamente 750Kg, e oferecem sinais adicionais na banda L. Devem entrar em serviço a partir de 2009, sendo lançados em pares, devido o peso reduzido Histórico No final da década de 60, a União Soviética decidiu que deveriam substituir o então existente Tsikada, seu primeiro sistema de localização, que apesar de muito preciso, só era de utilização por bases estáticas ou transportes muito lentos, pois era necessário varias horas para fixar uma posição. Foi então entre 68 e 69 que o Ministério de Defesa, a Academia de Ciências e a Marinha soviética cooperaram para desenvolver um sistema único que pudesse ser usado em terra, no ar e no mar. Esta colaboração resultou em um documento de 1970 que estabelecia requerimentos para o tal sistema. O desenvolvimento do Glonass começou então em 1976, com previsão de cobertura global em Os lançamentos de satélites tiveram inicio em 12 de Outubro de 1982, sendo lançados 48 satélites relacionados ao projeto Glonass até 1991, sendo que no final de 1991 haviam 12 satélites funcionais, suficiente para um uso limitado. Depois da desintegração da URSS, o desenvolvimento continuou a cargo da Rússia, sendo então declarado totalmente operacional em 1993, pelo então presidente Boris Yeltsin, mas com a constelação de satélites só sendo completada realmente em Mas então, co o declínio da economia, o sistema ficou sem manutenção até Assim, em 2002, apenas 8 satélites da constelação permaneciam em funcionamento, tornando o sistema quase inútil. 17

19 3.2.4 Status atual Com o sistema rapidamente desaparecendo, em 20 de Agosto de 2001 foi assinado um programa federal de propósito especial chamado Global Navigation System, propondo a restauração total do Glonass até Em Abril de 2007 foi relatado pelo New York Times que a Rússia estava acelerando o processo de lançamento, com 8 lançamentos previstos para 2007 e a meta de funcionalidade completa sendo adiantada para Além disso, foi relatado pela Microcom Systems no mesmo ano que aqueles seriam os últimos satélites de segunda geração, e que a partir de Abril de 2008 os satélites laçados já seriam de terceira geração. Em 2007 foram lançados apenas 2 satélites. O então Primeiro Ministro Sergey Ivanov afirmou que com aqueles lançamento, a frota d e satélites chegaria a 18, suficiente para cobertura do território russo, e que seria possível ter 24 satélites ( o número necessário para uma cobertura global) até Segundo o calendário atual(na08), o primeiro satélite de terceira geração será lançado finalmente em Cooperação com a Índia Em Janeiro de 2004 o governo Russo assinou um acordo coma agencia espacial indiana (Indian Space Research Organization), onde os dois governos se comprometiam a colaborar para restaurar o sistema. Detalhes anunciados em 2005 relatavam que a Rússia iria construir alguns satélites a serem lançados do Centro Espacial Satish Dhawan, na Índia. Mas até 2007 não haviam sido lançados nenhum satélite Glonass desta base. Discussões com os Estados Unidos Depois do encontro GPS-Glonass em Moscou, em 2006, o Grupo de Interoperabilidade e Compatibilidade GPS- Glonass foi formado. Um anuncio nos sites dos governos dos dois países afirmava que progressos significantes haviam sido feitos no entendimento que a mudança do sinal do Glonass para um sinal compatível com o GPS e com o Galileo traria inúmeros benefícios a todos os usuários. A mudança consistia de mudar o Glonass, que usava FDMA, para o CDMA, usado pelo GPS e pelo Galileo. Isso permitiria que um receptor usasse sinal dos 3 sistemas simultaneamente. Um novo anuncio era esperado para o International Sattelite Forum 2007, em Moscou, mas nada foi divulgado. Disponibilidade do sinal civil Em 2007 foi assinado um decreto pelo presidente russo Vladimir Putin oficialmente tornando livre o acesso para navegação civil usando o sinal Glonass, para cidadãos russos e estrangeiros, livre de tacas e quaisquer limitações. Além disso, o decreto direcionava a 18

20 Agencia Federal Espacial a coordenar os trabalhos de manutenção e desenvolvimento para permitir o us civil e comercial do sistema. 3.3 Galileo Sistema de navegação global via satélite, sendo atualmente construído pela União Europeia e pela Agencia Espacial Europeia. Seu projeto é estimado em 3.4 bilhões, foi inicialmente projetado para ser uma alternativa ao GPS, e o principal argumento na época era a existência da Disponibilidade Seletiva no GPS. Quando entrar em operação, será operado por duas bases: uma em Munique, Alemanha, e outra em Fucino, próximo a Roma. Até 2007, era desenvolvido por um grupo de 8 empresas, chamado European Satellite Navigation Industries(Wik08j), mas com a recomendação do comissário de transportes Jacques Barrot, a UE tomou controle do projeto, com o grupo original abandonando o projeto. Seu projeto prevê uma precisão maior que a do GPS e do Glonass, incluindo a precisão vertical e em altas latitudes. A motivação política é a criação de um sistema independente do GPS e o Glonass, já que tanto os Estados Unidos quando a Rússia podem, em uma situação de conflito, impedir o uso aos seus sistemas, possivelmente criptografando seus sinais. O Galileo também será gratuito, mas serviços adicionais pagos também poderão existir. Como o projeto está sendo desenvolvido para prover a maior precisão possível para todos, os militares americanos afirmaram que isto poderia ser usado por um possível inimigo americano em uma ataque contra os Estados Unidos. A frequência escolhida inicialmente poderia tornar impossível aos Estados Unidos a bloquearem o sinal preciso do Galileo sem interferir no sinal militar preciso do GPS. Isto levou alguns militares americanos a ameaçarem até a derrubar os satélites Galileo se viessem a ser usado contra os Estados Unidos. Por muito tempo, a União Europeia afirmou que o Galileo será uma tecnologia neutra, com nenhum exercito capaz de negar seu oponente do uso de um sistema de navegação via satélite preciso. Por algum tempo, os oficiais da União Europeia se mostraram bastante contrários ao desejo dos Estados Unidos de usar um sistema preciso de navegação via satélite, negando a seus adversários um sistema tão preciso. Isso foi resolvido alterando a frequência do Galileo, permitindo assim que os militares americanos pudessem interferir/bloquear o sinal do Galileo localmente, sem interferir no seu sinal militar. 19

21 3.3.1 Histórico Em 1999, Inglaterra, Itália, Alemanha e França formaram um grupo que propôs 3 diferentes conceitos. Estes conceitos foram avaliados por engenheiros desses países e reduziram a um. Ao contrario do GPS, que teve inicio como um sistema militar, o Galileo tem, desde a sua origem, cunho civil. Com a existência de recursos como a Disponibilidade Seletiva no GPS, a União Europeia queria um sistema em que pudessem confiar mesmo em tempos de guerra. O inicio do projeto foi lento, pois haviam dificuldades para se obter recursos financeiros. Além disso, após os ataque de 11 de Setembro, os Estados Unidos escreveram à União Europeia se opondo ao Galileo, argumentando que com a existência deste sistema, impediria que o GPS fosse desligado em tempos de guerra. Assim, em 17 de Janeiro de 2002, um porta voz do projeto afirmou que o projeto estava quase morto, devido a pressão dos Estados Unidos e as dificuldades financeiras. Mas após isso, o projeto teve uma virada brusca, e aparentemente devido a pressão dos Estados Unidos, os países integrantes da União Europeia decidiram que deveriam ter um sistema independente. A União Europeia e a Agencia Espacial Europeia decidiram então financiar o projeto. Em 26 de Maio de 2003 o projeto foi então oficializado. Foram planejados lançamentos de 30 satélites no período entre 2006 e 2010, anos em que o sistema deve entrar em funcionamento. A China entrou no projeto em Setembro de 2003, garantindo investimento de 230 milhões. Em Junho de 2004, a União Europeia e os Estados Unidos assinaram um acordo, alterando a modulação do projeto para que este pudesse ser operado em conjunto com o GPS. Em Julho do mesmo ano Israel também assina um acordo entrando no projeto. O ano de 2005 foi marcado pela entrada da Ucrânia em Junho, da Índia em Setembro (que também viria a estabelecer um sistema regional baseado no EGNOS(Wik08i)) e dos Marrocos e da Arábia Saudita em Novembro. Já em 2006, a Coreia do Sul entra no Projeto. No começo de 2007, a União Europeia decidiu como bancar o projeto, já que este ainda estava em crise devido a falta de financiamento publico. Na época, apenas 1 dos 30 satélites já havia sido lançado, gerando duvidas quanto ao prosseguimento do projeto. Este ano também teve recursos financeiros desviados do projeto em Junho, com a volta do investimento no final do ano. Em Abril de 2008, porem, os ministros dos transportes da União Europeia aprovaram o Regulamento de Implantação do Galileo, liberando 3,4 bi do 20

22 orçamento da agricultura e da administração, permitindo assim a continuidade do projeto Serviços O sistema prevê quatro serviços de navegação diferente. Open Service - OS É o serviço gratuito, disponível para uso civil. O sinal é transmitido em duas faixas de frequência, MHz e em MHz. A precisão estimada dos receptores é menos de 4m horizontalmente e menos de 8m verticalmente, usando as duas bandas. Usando apenas uma, a frequência fica em menos de 15m na horizontal e menos de 35m verticalmente, comparável ao sinal C/A do GPS. No futuro são esperados que os receptores usem tanto o sinal OS quanto o C/A do GPS. Comercial Service - CS Com sinal criptografado, estará disponível sob pagamento de uma taxa, oferecendo precisão de menos de 1m. O CS podem ser ainda aperfeiçoado por bases em terra, permitindo precisão de menos de 10cm. Além das frequências dos sinais OS, o CS transmitirá em uma terceira faixa de frequência, MHz Public Regulated Service e Safety of Life Conhecidos respectivamente como PRS e SoL, tem o sinal criptografado, proveem precisão semelhante ao OS. Mas seu propósito é ter mais robustez do sinal e detecção de falhas dentro de até 10s. São destinados a serviços como policial, militar, bombeiros e para aplicações de transportes de segurança critica, como controle de trafego aéreo e pouso automático de aviões Satélites Atualmente, apenas satélites de testes foram lançados. São chamados de GIOVE (Wik08n). Dois já foram lançados, com o terceiro lançamento anunciado para o final de GIOVE-A Primeiro satélite lançado, construído pela Surrey Sattelite Technology, lançado com sucesso em Dezembro de Assegurava o uso correto da frequência e requisitos da International Telecommunication Union (ITU), processo que deveria ser completado até

23 GIOVE-B Construído pelas empresas Thales Alenia Space e pela Astrium, foi lançado em Abril de Tinha propósito similar ao GIOVE-A, mas seu equipamento gerava um sinal muito mais potente. Além disso, passou a possuir 3 relógios atômicos. GIOVE-A2 Construído pela SSTL, seu propósito é garantir a continuidade do projeto, pois uma interrupção poderia levar a perda frequência alocada. 3.4 Outros sistemas Além dos 3 sistemas citados, atualmente a China está desenvolvendo o sistema Compass(Wik08e), como uma evolução de seu sistema regional atual, Beidou-1(Wik08c). O Beidou-1 usa satélites geo-estacionários, sendo necessários menos satélite, porém com cobertura limitada. Para determinar a posição, o terminal transmite um sinal para os satélites, que calculam o tempo de chegada dos sinais e os transmitem a uma base em terra. Esta base determina a posição, e a transmite de volta aos satélites, que retransmitem para o terminal. Já o Compass, também conhecido como Beidou-2, é um sistema de navegação via satélite novo, independente do Beidou-1, e usa princípios do GPS e do Galileo. Usa uma constelação de 35 satélites, sendo 5 geo-estacionários e 30 de orbita média. O sinal usa CDMA. Assim como os sistemas anteriores, possui o serviço de posicionamento aberto e um serviço restrito. Quando entrar em operação,será possível aos receptores usarem o sinal de todos os sistemas, aumentando a disponibilidade e a precisão. As frequências do Beidou-2 são transmitidas em 4 bandas:e1, E2, E5B e E6. Algumas dessas frequências sobrepõem a do Galileo, o que pode causar interferências, principalmente no PRS. Apenas 1 satélite já foi lançado, com os mesmos propósitos dos satélites GIOVE. Apesar de maiores informações não terem sido divulgadas, grande parte do sinal já foi decifrado por pesquisadores independentes. Além dos sistemas já mencionados, outros sistemas (Wik08q) também estão disponíveis regionalmente, como o WAAS, o EGNOS, o WAGE, o MSAS, o QZSS, o GAGAN e o SIGI, além de alguns comerciais como o StarFire e o Starfix DGPS. Esses sistemas servem também como forma de aumentar a qualidade e confiabilidade dos sistemas globais como o GPS, o Galileo e o Glonass. 22

24 4 Sistemas de localização indoor Os sistemas de localização indoor são sistemas de baixa potencia, para serem usados dentro de prédios, residencias, hospitais, etc, e normalmente precisam de uma infra estrutura previamente montada. Atualmente existem inúmeros sistemas de localização para ambientes fechados. Neste trabalho abordaremos apenas alguns deles. 4.1 Wireless LAN Apesar de não ser seu proposito inicial, varias técnicas foram desenvolvidas para permitir a determinação de uma localização usando as redes sem fio, já que estes dispositivos estão bastante disseminados. Uma das principais técnicas é medir a potência do sinal usando dispositivos moveis, e comparar o resultado com um conjunto calibrado de dados. Para um ambiente estável, isso funciona muito bem em um ambiente com um número adequado de pontos de acesso. Mas ao adicionarmos um novo ponto de acesso ou ao movermos os móveis de lugar, e em alguns casos uma presença humana pode alterar o padrão de potências. Com isso ha a necessidade de aferição do sistema e criação de um novo conjunto de padrões. Outra técnica disponível é a utilização de pontos de acesso modificados, com capacidade de medir o tempo de chegada do sinal com muita precisão. Mas como o sinal das redes sem fio nunca foi desenhado para este fim, existe certa imprecisão. Além disso, o sinal está suscetível a interferências, causando mais imprecisão. 4.2 UWB Indoor Positioning System UltraWideBand (UWB) é um novo tipo de sinal de rádio, sendo introduzido para distancias curtas e altas taxas de transferencia. Mas devido as suas propriedades físicas, é possível sua utilização para determinação precisa do posicionamento, mesmo através de paredes. Assim, a empresa Thales Research desenvolveu o IPS (Ing06). O sistema opera com frequências na faixa de 1GHz, que, devidos as propriedades dos sinais, permitem uma resolução de aproximadamente 50cm. Diferente dos sistemas de posicionamento global, neste sistema temos que as unidades móveis são receptores e transmissores, tornando-se assim um sistema ativo. Em sistemas passivos, temos muita escalabilidade, mas precisamos ter uma infra estrutura prévia montada, com transmissores com posição conhecida enviando seus dados, como no GPS. 23

25 Como o IPS é um sistema ativo, podemos usar algumas unidades como pontos de referência em uma estrutura montada ad-hoc e usar triangulação. A troca de mensagens pode também permitir uma medição de distâncias mais precisa. Mas em compensação, a escalabilidade está limitada as taxas de transferência, capacidade de usuários e potência do sinal, combinado com a capacidade do sinal penetrar paredes. Assim, o sistema pode ser usado por serviços de emergência como bombeiros. O sistema pode facilmente ser instalado em alguns pontos, como mostrado na figura 1 Figura 1: Infra estrutura ad hoc para IPS 4.3 Active Bats Projeto da Universidade de Cambridge(Cam02), financiado pela ATT, consiste de pequenos dispositivos chamados Bats, que enviam um pulso ultrasônico e um sinal de referência de tempo. Receptores com sensor ultra-sônico identifica o sinal enviado, e usa trilateração para determinar a posição do dispositivo. O sistema tem uma precisão de 3cm 24