GPS Conceitos Fundamentais HISTÓRIA ICIST ICIST. núcleo 7 ICIST

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1 GPS Conceitos Fundamentais HISTÓRIA núcleo 7 núcleo 7 1

2 Posicionamento Astronómico Radar e Distanciómetro II Guerra Mundial 1973 Navigation System with Timing and Ranging Global Positioning System (Directiva do DoD para a sua criação) 1970 TRANSIT Sistema para navegação (baixa precisão) Processamento Doppler permite precisão submétrica º satélite bloco I º Receptor Código/Fase satélite bloco I VLBI Very Long Baseline Interferometry º satélite bloco II SLR Sattelite Laser Ranging 1994 Operacionalidade 000 Desactivado S/A núcleo 7 núcleo 7

3 DESCRIÇÃO DO SISTEMA núcleo 7 Satélite do bloco II núcleo 7 3

4 OBJECTIVO DO GPS POSIÇÃO VELOCIDADE TEMPO OPERAÇÃO FUNDAMENTAL Medição de distâncias para satélites APLICAÇÕES DO GPS NAVEGAÇÃO (MAR, TERRA, AR) GEODESIA TOPOGRAFIA E CARTOGRAFIA SIST. DE INF. GEOGRÁFICA núcleo 7 núcleo 7 4

5 COMPONENTES DO SISTEMA SEGMENTO ESPACIAL SEGMENTO DE CONTROLO SEGMENTO ESPACIAL 4 Satélites Altitude: 00 m Período: 11h58m Inclinação: 50 o núcleo 7 SEGMENTO DO UTILIZADOR núcleo 7 Separação no equador: 60 o (3 pl.) Repetição da constelação: 3h56m 5

6 SINAL GPS Fo=10,3 MHz (oscilação de referência) CÓDIGO MODULADO NA ONDA PORTADORA núcleo 7 Onda Portadora (Carrier Phase) L1= 154xFo = MHz (19,0cm) L= 10xFo = MHz (4,4cm) Código C/A (Coarse/Acquisition) 1.03 MHz P (Precise) 10.3 MHz Y (Y emitido + W = P) núcleo 7 6

7 SINAL GPS Mensagem de Navegação SINAL NÃO ATRAVESSA OBSTÁCULOS Efemérides Estado dos satélites núcleo 7 núcleo 7 7

8 SEGMENTO DE CONTROLO 1 de Controlo (Schriever Air Force Base - Colorado Springs) para cálculo de correcções às Efemérides e aos Parâmetros de Relógio 4 de Monitorização (Hawaii e Kwajalein, no Oceano Pacifico; Diego Garcia, no Oceano Índico e Ascension Island, no Oceano Atlântico) para obtenção de informações acerca do comportamento de cada satélite e envio das correcções calculadas em Colorado Springs núcleo 7 núcleo 7 8

9 SEGMENTO DO UTILIZADOR CIVIL : SPS (10m) MILITAR EUA : PPS (1m) SA - SELECTIVE AVAILABILITY (Desactivado) PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO AS Anti Spoofing (Impede acesso ao código P) núcleo 7 núcleo 7 9

10 r 1 r r 3 r 4 t o t 1 r4 = v ( t 1 - t o ) núcleo 7 PSEUDO-DISTÂNCIA (Pseudo-Range) núcleo 7 DISTÂNCIA PARA TRÊS SATÉLITES 10

11 11 núcleo 7. ) ( ) ( ) (, ) ( ) ( ) (, ) ( ) ( ) (, ) ( ) ( ) ( cdt Z Z Y Y X X cdt Z Z Y Y X X cdt Z Z Y Y X X cdt Z Z Y Y X X = = = = ρ ρ ρ ρ (X i,y i,z i ) Posição do satélite i (X,Y,Z ) Posição do receptor dt Estado do relógio do receptor (X i,y i,z i ) Posição do satélite i (X,Y,Z ) Posição do receptor dt Estado do relógio do receptor Determinação de coordenadas em função da Pseudo-distância Determinação de coordenadas em função da Pseudo-distância núcleo 7 NA PRÁTICA SÃO NECESSÁRIOS QUATRO SATÉLITES NA PRÁTICA SÃO NECESSÁRIOS QUATRO SATÉLITES

12 Sinal gerado no receptor UTILIZAÇÃO DA ONDA PORTADORA t Número Número completo completo e e inteiro inteiro de de ciclos ciclos desde desde o o momento momento da da emissão emissão até até à à recepção recepção da da fase fase da da onda onda portadora portadora Ambiguidade Sinal recebido do satélite 7 núcleo UTILIZAÇÃO DO CÓDIGO Fase medida 7 núcleo 1

13 É É necessário necessário determinar determinar a a ambiguidade ambiguidade da da fase fase da da onda onda portadora portadora para para que que se se possa possa usar usar a a sua sua informação informação como como medição medição de de distâncias distâncias ao ao longo longo do do tempo tempo Época (0) Época (i) Ambiguidade Ambiguidade Fase medida Nº de ciclos já contados Fase medida 7 núcleo 7 TÉCNICAS PARA FIXAÇÃO DE AMBIGUIDADES núcleo 13

14 núcleo 7 núcleo 7 14

15 núcleo 7 núcleo 7 15

16 MODOS DE OPERAÇÃO núcleo 7 núcleo 7 16

17 POSICIONAMENTO ABSOLUTO Em modo de navegação SPS (C/A) : 10m PPS (P) : 1m núcleo 7 DGPS: correcção diferencial local 0,5m-m Pós-processada Tempo real WADGPS: correcção diferencial regional 4m núcleo 7 Estação de referência no Instituto Superior Técnico ( 17

18 Transmissão de: - correcções às coordenadas - correcções às pseudo-distâncias Tempo-real (<40m) Pós-processado núcleo 7 Estação de referência no edifício ACAIT Dili núcleo 7 18

19 RECEPTORES PARA SPS Emissão da Correcção Diferencial Estações Costeiras (Beacon Stations) Satélites Geoestacionários (Racal/OmniStar) Antenas Retransmissoras de Telemóvel (GSM) Outro Receptor (Via Rádio) RTCM Radio Technical Commission for Maritime Services (Standard para transmissão de correcções diferenciais) núcleo 7 núcleo 7 19

20 RECEPTORES PARA DGPS (tempo-real ou pós-processado) núcleo 7 SPS aplicado a navegação terrestre núcleo 7 0

21 RECEPTORES PARA DGPS (tempo-real ou pós-processado) POSICIONAMENTO RELATIVO Estático Convencional Estático rápido Cinemático Tempo Real (RTK) Pós-processado núcleo 7 núcleo 7 1

22 POSICIONAMENTO RELATIVO Observações processadas em conjunto Base A 7 núcleo B 7 núcleo

23 ESTÁTICO Uma vez as ambiguidades resolvidas, a precisão não melhora significativamente com o decorrer do tempo Precisão (m) núcleo 7 núcleo Ambiguidades não resolvidas Estático convencional 0 10 Rápido Estático 0 5 Ambiguidades resolvidas Tempo (mins) 3

24 Modo Estático Para bases longas (>0Km), onde é exigida a maior precisão possível Técnica indicada para implementação de redes geodésicas Técnica ideal para grandes áreas Cinemático Modo Rápido-Estático Para bases com comprimento até 0Km Curtos períodos de ocupação O mais utilizado para grande produtividade de trabalho 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 núcleo 7 núcleo 7 4

25 RTK - Cinemático em Tempo Real Não é necessário o Pós-Processamento Resultados disponíveis no momento da observação Receptores de Mono Frequência (GS0 / GS50) Medição da base com precisão de cm + 1 ppm (rms) Utilizam a onda portadora L1 Utilizados essencialmente em aplicações topográficas com comprimentos de bases não superiores a 15 Km Solução menos dispendiosa mas de maior dificuldade para obter as precisões mencionadas núcleo 7 núcleo 7 5

26 Receptores de Dupla Frequência (SR530 / SR50) Mais Mais evoluídos evoluídos Medição Medição da da base base com com precisão precisão de de 3 3 mm mm ppm ppm (rms) (rms) Utilização Utilização em em Geodesia Geodesia e e Topografia Topografia :: Redes Redes Geodésicas, Geodésicas, Geodinâmica, Geodinâmica, Densificações Densificações de de Rede, Rede, Controlo Controlo Fotogramétrico, Fotogramétrico, Detalhe Detalhe Topográfico Topográfico 7 núcleo EXACTIDÃO EXACTIDÃO POSICIONAL POSICIONAL 7 núcleo 6

27 núcleo 7 Multi-trajecto núcleo 7 Retardamento ionosférico 7

28 núcleo 7 Retardamento ionosférico núcleo Relógios Satél. Ruído do Recept. Multitrajecto Troposfera Efemérides Ionosfera Metros Relógio Recept. Importância relativa das fontes de erro

29 PDOP Position Dilution of Precision Propagação do erro HDOP Horizontal Dilution of Precision núcleo 7 núcleo 7 VDOP Vertical Dilution of Precision 9

30 FUTURO núcleo 7 núcleo 7 GNSS/EGNOS/WAAS/MSAS 30

31 núcleo 7 31