Sistema GNSS. (Global Navigation Satellite System)

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1 Sistema GNSS (Global Navigation Satellite System)

2 POSICIONAR UM OBJETO NADA MAIS É DO QUE LHE ATRIBUIR COORDENADAS O Sol, os planetas e as estrelas foram excelentes fontes de orientação, por muito tempo. Em seguida, surgiu a bússola, inventada pelos chineses, que proporcionou uma verdadeira revolução na navegação. Mas como determinar a posição de uma embarcação em altomar? Mesmo com os melhores instrumentos, a navegação celeste só proporcionava valores aproximados da posição, os quais nem sempre eram apropriados para encontrar um porto durante a noite.

3 O NAVSTAR ou GPS Concebido na década de 70 (EUA) para substituir um outro sistema de posicionamento chamado TRANSIT Muito utilizado. Mas necessitava-se de boa precisão, facilidade de uso e custos acessíveis aos usuários. Necessitava-se interceptar mísseis intercontinentais dos inimigos sem risco de erros, além da localização exata de alvos inimigos, e a localização de tropas e mesmo de indivíduos aliados, para protegê-los à distância.

4 Aplicações do GNSS

5 Sistemas GNSS atuais GPS (Global Positioning System) EUA. GLONASS Russia. Novos sistemas em construção: GALILEO (Comunidade Européia) 2016/Global Compass (China) 2011 (China)/Global Correta denominação desses sistemas: GNSS (Global Navigation Satellite Systems)

6 A estrutura do GPS É um sistema de radionavegação desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos DoD (Department of Defense) visando ser o principal sistema de navegação das Forças Armadas norte-americanas. Em razão da alta acurácia proporcionada pelo sistema e do grande desenvolvimento da tecnologia envolvida nos receptores GPS, uma grande comunidade usuária emergiu dos mais variados segmentos da comunidade civil (navegaçao, posicionamento geodésico, agricultura, controle de frotas etc.)

7 A estrutura do GPS O princípio básico de navegação pelo GPS consiste na medida de distâncias entre o usuário e quatro satélites. Conhecendo as coordenadas dos satélites em um sistema de referência apropriado, é possível calcular as coordenadas da antena do usuário no mesmo sistema de referência dos satélites. GPS foi declarado operacional em 1985, com 24 satélites em órbita. Em 2007 havia 30 satélites.

8 A estrutura do GPS Portanto, em qualquer lugar da terra, um receptor GPS pode determinar sua posição a qualquer hora. É um serviço gratuito e disponível 24 horas por dia sob qualquer condição de tempo. GPS consiste de três segmentos principais: Segmento espacial Segmento de controle Segmento do usuário

9 GPS - Segmento Espacial A constelação era originalmente composta por 24 satélites. Seis planos orbitais, com quatro satélites em cada plano inclinados 55 em relação ao Equador Altitude km Vel km/h período orbital 12 h siderais sideral = 23 h, 56 m, 4 s) (1 dia Configuração permite que, no mínimo, 4 satélites GPS sejam visíveis em qualquer local da superfície terrestre, a qualquer hora.

10 Cada satélite é equipado com emissores e receptores para enviar e receber ondas precisas de rádio Distribuição dos satélites na constelação

11 GPS - Segmento Espacial Os satélites são equipados com relógios atômicos com a precisão em torno de um segundo em anos. O rádio nos satélites transmite sinais em duas bandas como duas emissoras de televisão. L1: 1575,42 MHz e carrega dois códigos: Coarse/Aquisition (C/A) e um código preciso (P) L2: 1227,60 MHz e possui apenas o código P Os códigos precisos (P) só podem ser utilizados pelas forças Armadas - acurácia de 22,0 m horizontal e 27,7m na vertical O sinal livre é o C/A e possui acurácia de 100 m na horizontal e 156m na vertical

12 GPS - Segmento de Controle Estações de monitoramento principal função: atualizar a mensagem da navegação transmitida pelos satélites Antenas p/ retransmissão do sinal da mestre p/ os satélites A estação mestre de controle capta dados vindos das estações de monitoramento e calcula a órbita exata e os parâmetros de relógio de cada satélite. Os resultados são então passados para as antenas de retransmissão que os passam aos satélites e periodicamente corrige a órbita de cada um.

13 GPS - Segmento de Controle

14 GPS - Segmento de Usuário Constituído por todos aqueles que usam receptores GPS. É neste segmento que se obtem valores de coordenadas, de posição, velocidade e ainda de cronometragem do tempo.

15 GPS - Segmento de Usuário Hoje existe uma gama grande de modelos, especificações e aplicações de receptores de GPS. Existem receptores de GPS que vão desde os portáteis até GPS estacionários que operam em bases fixas

16 Funcionamento do GPS 1) O receptor mede o tempo que o sinal leva para sair do satélite e chegar a ele. 2) Ao mesmo tempo ele procura a posição de cada satélite, informada pelo almanaque e enviada juntamente com o sinal de rádio. 3) Se a distância do satélite ao receptor é conhecida e a localização do satélite também o é, então o receptor está em um lugar cujo centro é o satélite

17 Funcionamento do GPS 4) O procedimento é repetido para cada um dos satélites que o receptor capta. 5) Finalmente, o receptor determina o local em que as esferas se cruzam no espaço.

18 A acurácia do GPS e os fatores envolvidos Existem fatores que degradam a acurácia do GPS, gerando erros ERRO DO RELÓGIO DO SATÉLITE ERRO DO RELÓGIO DO RECEPTOR ÓRBITA DOS SATÉLITES ERRO DE REFRAÇÃO ERRO DE REFLEXÃO ERRO DE DISPONIBILIDADE SELETIVA

19 Erro do relógio do satélite Todo o sistema de GPS baseia-se na medida de tempo que um sinal leva para sair do satélite e chegar ao receptor. Apesar da extrema confiabilidade dos relógios e do atraso de 1 segundo a cada anos, isto representa um nanosegundo a cada 58,4 dias, o que equivale a um erro de aproximadamente 20 metros. Os satélites precisam ser constantemente monitorados, o que reduz os erros para cerca de 0,6m.

20 Erro do relógio do receptor Os relógios dos receptores não são tão precisos quanto os dos satélites. Todos os erros do relógio do receptor em conjunto colaboram com uma defasagem média de 1 a 2 metros Receptores GPS mais caros possuem relógios mais precisos e melhores, com menor ruído interno e maior precisão matemática.

21 Erro da órbita dos satélites Os satélites orbitam tão alto que a atmosfera da Terra não tem efeito sobre eles. Fenômenos naturais como forças da Lua e do Sol e a pressão da REM criam pequenos desvios nas órbitas, alterando a posição, a altitude e a velocidade dos satélites A cada 12 horas a órbita dos satélites é rastreada e corrigida pela estação mestre de controle, o que não impede um erro médio de 0,6 m.

22

23 Erro de refração Camadas de gases atrasam um pouco a velocidade da luz. Estes atrasos ocorrem principalmente na Ionosfera. A troposfera também pode atrasar sinais. Este erro pode ser da ordem de 4 metros.

24 Erro de reflexão O sinal vem do satélite e atinge a antena do receptor, porém, o mesmo sinal atinge outro corpo e é refletido em direção à antena, gerando um erro, pois a distância é diferente. Erro de 1 a 2 metros.

25 Erro de disponibilidade seletiva Eliminada no dia primeiro de maio de Um erro aleatório era inserido no sistema a nível internacional, introduzindo um ruído no relógio do satélite. A acurácia do GPS depende ainda da geometria dos satélites visados pela antena. Uma boa geometria é definida por um grupo de satélites igualmente distribuídos e bem espaçados.

26 Erros GPS Todos os erros reduzem a acurácia do receptor de GPS. Até a desativação do S/A a acurácia era 60 a 100 m, o que não era suficiente para atividades que necessitassem de alta precisão. Após a desativação acurácia 5 a 15 m

27 Erros GPS POSICIONAMENTO MAIS PRECISO CORREÇÃO DIFERENCIAL

28 Correção Diferencial (DGPS) CORREÇÃO DIFERENCIAL CONCEITO SIMPLES Utiliza-se um receptor num local de coordenadas conhecidas e calcula o erro instantâneo na posição fornecida pelo GPS. O erro é utilizado para a correção das medidas do receptor.

29 Correção Diferencial (DGPS) A correção diferencial reduz consideravelmente ou elimina as maiores fontes de erros encontradas em GPS comuns

30 Correção Diferencial (DGPS) Pós-Processamento Existem várias alternativas para a correção diferencial do sinal de GPS. Correção por pós-processamento dos dados: Uma base fixa de posição conhecida e o receptor móvel com capacidade de armazenamento de dados. Nessa base fixa é instalado um receptor GPS que armazena os dados. Após a coleta dos dados é feito o processamento, cruzando-se os dados do GPS de campo com os erros determinados pela base fixa.

31 Correção Diferencial (DGPS) Pós-Processamento Esta correção é válida para qualquer atividade que permita o pós-processamento dos dados como levantamentos cartográficos e topográficos. Não permite: navegação no campo em busca de pontos de amostragem de solo ou aplicação de insumos localizada e a taxas variáveis.

32 Correção Diferencial (DGPS) Outra forma de corrigir o sinal GPS é a instalação de uma base fixa própria. Aquisição de um receptor GPS, um rádio emissor e um rádio receptor

33 Correção Diferencial (DGPS) Base fixa própria A base pode ser montada em uma torre central em relação à área de cobertura. O sinal GPS captado pelo receptor da torre é transmitido pelo rádio emissor e é captado pelo rádio receptor localizado no veículo de campo. A correção é então processada pelo equipamento de campo em tempo real. Limitação O alcance do sinal do rádio que possui distância máxima é em torno de 25 a 40 km de raio. Boa solução para usuários coletivos que querem diluir o custo da aquisição e da manutenção da estação fixa relevo favorável

34 Correção Diferencial (DGPS) Satélite Geoestacionário O sinal DGPS também pode ser obtido via satélite de comunicação geoestacionário, específico para este fim. É um sinal continental, portanto, dirigido a qualquer usuário de GPS. O sistema utiliza o satélite de comunicação e estações de referência de longo alcance (centenas de quilômetros). O sinal é bloqueado e disponível aos usuários que o adquirem, pagando para tanto uma taxa anual. Serviço passou a ser disponibilizado no Brasil em 1997.

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