G.P.S. SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL

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1 G.P.S. SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL

2 HISTÓRIA 23/08/ navegador italiano Américo Vespúcio acreditava estar navegando pelas costas das Índias (Cristóvão Colombo). Almanaque livro que lista as posições e os eventos relacionados aos corpos celestes Referência dos dados - cidade de Ferrara, na Itália, avaliou a diferença de tempo entre as duas observações e, com o valor do diâmetro da Terra já conhecido, pode calcular a que distância se encontrava de Ferrara sua longitude. Conclusão - não poderia estar nas costas das Índias e afirmou categoricamente que Colombo havia descoberto um novo continente. Foi a primeira pessoa a saber a verdade sobre o Novo Mundo.

3 HISTÓRIA Utilização de corpos celestes para navegação - desde os primórdios da humanidade e continuará orientando-se durante muito tempo utilizando corpos celestes Inconvenientes da navegação astronômica - depender da observação de astros que precisam estar à disposição do usuário em qualquer ponto e a qualquer hora Limitações dos sistemas de navegação modernos - ondas de rádio- as ondas de alta freqüência proporcionam navegação precisa, mas são influenciadas pelo relevo, e as ondas de baixa freqüência são pobres em precisão

4 HISTÓRIA RÁDIO-NAVEGAÇÃO 1912 até II Grande Guerra - equipamento para rádio-navegação - uso de sinais de rádio para determinar a posição (sem muita precisão) II Grande Guerra - desenvolvimento do RADAR Radio Detection And Ranging - capacidade de medir lapsos de tempo entre emissão/recepção de ondas de rádio.

5 HISTÓRIA RADAR Determinação da posição - mede-se o lapso de tempo dos sinais provenientes de locais conhecidos. Sinais de rádio são emitidos de transmissores exatamente ao mesmo tempo e com mesma velocidade de propagação. O receptor localizado entre os transmissores detecta qual sinal chega primeiro e o tempo até a chegada do segundo sinal. Se o operador conhece as exatas localizações dos transmissores, a velocidade das ondas de rádio e o lapso de tempo entre os dois sinais, ele pode calcular sua localização em uma dimensão Se usarmos três transmissores, podemos obter uma posição bidimensional, em latitude e longitude.

6 HISTÓRIA Décadas de 60 e 70 - utilização de satélites artificiais introduziu novos sistemas de navegação (TRANSIT, TIMATION, SYSTEM 621B, NTS) - resolveram alguns desses problemas Décadas de 70 e 80 - solução - Força Aérea dos Estados Unidos desenvolveu um sistema de navegação por satélites denominado GPS (Global Positioning System). Os principais objetivos do GPS são: a. auxílio à radionavegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos de posição, mesmo com usuários sujeitos a altas dinâmicas; b. navegação em tempo real; c. alta imunidade a interferências; d. cobertura global, 24 horas por dia; e. Rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.

7 HISTÓRIA Sistema declarado totalmente operacional apenas em l995 Custo - 10 bilhões de dólares 24 satélites que orbitam a terra a km duas vezes por dia e emitem simultaneamente sinais de rádio codificados, sendo a sua pior precisão 15 metros; a melhor, 1 metro Militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis). Os receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de 15 a 100 metros.

8 GPS Como outros sistemas de rádio-navegação, todos os satélites enviam seus sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor avaliar o lapso entre emissão/recepção. A hora-padrão GPS é passada para o receptor do usuário. É a referência de tempo mais estável e exata jamais desenvolvida. GPS emite sinais de rádio especialmente codificados os quais quando processados pelo receptor GPS permitem o cálculo de sua posição, velocidade e tempo.

9 GPS O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus almanaques acurados. O sistema é composto por três seguimentos: Segmento Espacial (Satélites), Segmento de Controle (Departamento de Defesa, USA), e Segmento do Usuário.

10 GPS Segmento Espacial O Segmento Espacial consiste de satélites GPS chamados de SV (space vehicles) - constelação padrão - 24 satélites orbitando a terra em ciclos de 12 horas. Altitude permite que a órbita do satélite repita a mesma cobertura na terra a cada 24 horas (4 minutos mais cedo a cada dia) A constelação permite ao usuário a visibilidade de 5 a 8 SV em qualquer ponto da terra

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12 GPS Segmento de Controle Formado por estações de rastreamento de satélite localizadas em pontos específicos do globo. Controle central - Base de Schriever da Força Aérea Americana no Colorado. As estações de monitoramento medem o sinal transmitido pelos SV e calculam o ephemeris (informação precisa sobre a órbita do satélite) e correções do relógio (clock) para cada SV.

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14 GPS Segmento do Usuário O segmento do usuário é formado pelos receptores GPS (móveis em geral) e pela comunidade de usuários GPS que utiliza o sistema para localização, navegação, topografia, etc.

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16 GPS Sinal do satélite GPS O SV transmite em duas frequências (microwave carrier phase): L1 e L2 Carrier Phase L1: Frequência: 1579,42 MHz contém: Mensagem de navegação (ephemeris) Código SPS (código C/A, Coarse/Aquisition) Carrier Phase L2: Frequência: 1227,60 MHz Utilizado para calcular o retardamento devido a ionosfera pelos equipamentos dotados de capacidade para PPS. Não sofre efeito da ionosfera.

17 DADOS DO GPS A mensagem de navegação do GPS consiste de dados na forma binária transmitidos a um certo sequenciamento temporal que marca o tempo de transmissão de cada subframe (grupamento de dados). A frame consiste de 1500 bits divididos em cinco subframes de 300 bits cada. Um frame de dados é transmitido em 30 segundos (seis segundos por subframe).

18 DADOS DO GPS Três subframes traduzem dados da órbita e do relógio (clock). Correções do relógio do SV são transmitidas na subframe 1 e dados precisos da órbita do SV (ephemeris) para o SV em ação estão contidos nas subframes 2 e 3. Subframes 4 e 5 - utilizadas para transmitir outras informações relevantes do sistema. A mensagem completa composta de 25 frames (25 SV s), 125 subframes, sendo necessários 12,5 minutos de transmissão.

19 ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS RASTREAMENTO DOS SATÉLITES Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal. Quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa tridimensional - desejável - mais de quatro satélites simultaneamente. Devido ao deslocamento, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado por algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo. A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo.

20 ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS RASTREAMENTO DOS SATÉLITES Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para verificar se o cálculo está correto.

21 GPS GEOMETRIA DOS SATÉLITES (precisão) Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. O receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provém da mesma direção geral. Triangulação pobre e a área comum da intersecção das medidas é muito grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande espaço) - mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa.

22 PROJETO GALILEU Objetivo - implementar o primeiro sistema de determinação da posição e de navegação por satélite concebido para satisfazer necessidades civis Apresenta aplicações rentáveis e com perspectivas de crescimento em domínios diversos e com verdadeiro interesse para os cidadãos Com um pequeno receptor (por norma combinado com um telefone portátil), é oferecida a possibilidade de determinar a nossa posição com uma margem de erro de um metro.

23 PROJETO GALILEU O sistema Galileu é um projeto vital para o futuro das indústrias de alta tecnologia européias, que beneficiarão dos grandes mercados criados e de um progresso tecnológico essencial em termos de concorrência mundial futura. É essencial que a Europa e o mundo disponham de uma alternativa e deixem de estar dependentes do atual monopólio do sistema americano de GPS, menos avançado, menos eficiente e menos seguro.

24 SISTEMA GALILEU Constelação de 30 satélites colocados em órbita a km de altitude, cobrindo a totalidade do globo terrestre, com uma rede de estações de controle em terra. Satélites dotados de relógio atômico de alta precisão na medição do tempo e permitem localizar a posição de qualquer tipo de objeto, fixo ou móvel, com uma margem de erro de um metro. Existem atualmente a nível mundial duas redes de satélites de radionavegação: o GPS americano e o Glonass russo, concebidos na época da guerra fria para fins militares; o segundo deixou, contudo, de estar plenamente operacional.

25 RASTREAMENTO DE VEÍCULOS O surgimento de várias empresas que comercializam sistemas de rastreamento de frotas utilizando satélite se deve a um simples fato: o aumento ano após ano do número de ocorrências envolvendo roubos de cargas. Caminhões rastreados por satélite há 30 anos - ficção científica; hoje - necessidade. Antes o volume de cargas transportadas era pequeno, comparado aos níveis atuais e os perigos que rondavam as estradas eram outros.

26 RASTREAMENTO DE VEÍCULOS O crescimento da indústria de roubo de cargas aumentou com o passar do tempo e o crescimento do valor agregado transportado, o que elevou muito o prejuízo dos transportadores e embarcadores - principal alavanca que acelerou o crescimento da indústria de rastreamento de veículos de carga por meio de satélite. Uma das primeiras empresas a iniciar este tipo de serviço no País foi a Autotrac, no início de 1994.

27 EXEMPLOS Controlsat - Grupo Schahin - possui produtos para o setor - Controlcel, um sistema de gerenciamento de frotas e de veículos para cidades. Combat Tecnologia em Segurança - dispõe de tecnologia de ponta, produtos voltados para o mercado de rastreamento: HF Codan - Rastreamento e Comunicação em Longas Distâncias e o Micro Transmissor - sistema portátil para localização de cargas roubadas. Ariasat Orbcomm - possui sistema que proporciona a transmissão de dados bidirecional para o gerenciamento e segurança de frotas.

28 EXEMPLOS Sistema OmniSAT Sistema de comunicação móvel de dados, monitoramento e rastreamento de frotas Recursos de comunicação - satélite BrasilSAT Recursos de posicionamento - constelação de satélites GPS Funcionalidades para transmissão remota de dados A tecnologia do Sistema OmniSAT recebe o nome de CDMA, ou Tecnologia Digital de Acesso Múltiplo por Divisão de Código. Criada pela QUALCOMM Incorporated, esta tecnologia revolucionou o curso da história das comunicações sem fio. Afinal, o CDMA é a base do desenvolvimento de toda uma nova geração de produtos e serviços digitais

29 EXEMPLOS Através da tecnologia CDMA, é possível enviar uma quantidade enorme de dados em um curto intervalo de tempo. Esta característica na transmissão de dados, aliada às questões de sigilo e confiabilidade, garante a qualidade de comunicação para todos os usuários do Sistema OmniSAT no Brasil e no mundo. A evolução contínua do Sistema é promovida com o trabalho conjunto da QUALCOMM e da Autotrac no desenvolvimento de novas tecnologias e nos upgrades do próprio Sistema

30 EXEMPLOS Permite a troca instantânea de mensagens entre os veículos e suas bases de operação, possibilitando uma comunicação eficiente e sigilosa entre as partes e a automação das atividades de campo. MCT transmite os dados sobre localização (informados pelo GPS), segurança e de comunicação para o satélite BrasilSAT, que os retransmite para a Central de gerenciamento da Autotrac, tornando-os disponíveis para o cliente com total sigilo. O caminho inverso da comunicação é possível pois o sistema é bidirecional.

31 EXEMPLOS Canal exclusivo no satélite de comunicação BrasilSAT - através deste canal ou transponder, as mensagens do sistema são transmitidas, o que garante o diferencial em performance, velocidade e de sua extensa área de cobertura. A utilização deste transponder, agrega uma série de vantagens para os usuários finais.

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