GPS. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Curso de Engenharia Cartográfica. Professor Dr. SÍLVIO ROGÉRIO CORREIA DE FREITAS HENRY MONTECINO

Transcrição

1 UNIVERSIDDE FEDERL DO PRNÁ Cuo de Engenhaia Caogáfica GPS Pofeo D. SÍLVIO ROGÉRIO CORREI DE FREITS luno HENRY MONTECINO MRLY TEREZINH QUDRI SIMÕES D SILV

2 NVSTR-GPS (NVigaion Saellie wih Time nd Ranging) ou como é conhecido Siema de Poicionameno Global (GPS) - Siema de ádio navegação deenvolvido pelo Depaameno de Defea do Eado Unido (Depaameno of Defene - DoD). - Pincipal iema de navegação da Foça mada noe-ameicana. - Fuão de doi pogama, Timaion e Syem 621B, paa deenvolve um iema de navegação global ob eponabilidade da Mainha e Foça éea.

3 - Reponabilidade do Pogama Conuno Office (JPO), um componene do epaço e do Ceno de Míei em El Segundo, Califónia. Em 1973, a JPO foi diigida pelo Depaameno de Defea do Eado Unido (DoD). - doa como efeência o elipóide Wold Geodeic Syem de 1984 (WGS-84).

4 Componene Epacial Conelação de 24 aélie em 6 plano obiai (4 aélie em cada plano) Concebido de foma que exiam no mínimo 4 aélie viívei acima do hoizone em qualque pono da upefície e em qualque alua by Todd Wale and Pe Enge

5 Exiem váia clae ou ipo de aélie GPS: ão o Bloco I, Bloco II, Bloco II, Bloco IIR,Bloco IIR-M, e paa o fuuo do bloco IIF (á em um aélie lançado dee bloco aélie 25) e aélie do bloco III. Plano obiai:, B, C, D, E e F, epaado de 60 o ene i.

6 Obeivo do GPS Gaani empo e navegação de pecião (poição, velocidade e dieção) conínua e global, em empo eal e ob quaique condiçõe amoféica. Siema pemie deemina a poição em ê dimenõe paa pono em qualque pae do planea, e em qualque hoa do dia.

7 ESTRUTUR DO SINL GPS Cada aélie anmie 2 onda poadoa L1, L2. O inai ão deivado a pai de uma feqüência geada po um elógio aômico, f 0 10,23 MHz feqüência GPS báico. PoadoaL1, L2, L5 L1 - Fequência de banda 154 x MHz MHz 19,05 cm código C/ paa 1.024Mhz código P paa 10.23Mhz Dado de navegação paa 50Hz

8 L2 - Fequência de banda 120 x MHz MHz 24,45 cm código P paa 10.23Mhz código Y cipogafado no código P paa10.23mhz Dado de navegação paa 50Hz

9 No fuuo nova opeadoa é epecificado como: L5 115 f MHz

10 Código PRN (Peudo-Randon-Noie) (Ruido Falamene leaóio) Seqüência bináia de 1 e -1 ou 0 e 1. São modulado em fae obe a poadoa L1, L2. O código ão C/ P Y Uado em cada aélie ão único e qualque pa dele apeena baixa coelação pemiindo que odo o aélie pailhem da mema feqüência.

11 Código C/ (Coae cquiiion) 10,23 / 10 1,023 Mhz 300 m (modula L1) Código P (Pecie o Poeced) (pecio ou poegido) 10,23 /1 10,23 Mhz 30 m (modula a L1 e L2) eevado paa miliae E.U. e ouo uuáio auoizado. Io é coneguido uando o código W paa cipogafa o código P paa o código Y (anipoofing).

12 Código Y geado a pai de uma equação ecea (ani-poofing /S) que cipogafa o código P. Ee modo é uado paaa caua a degadação inencional do inal civil do aélie GPS.

13 Caaceíica do Sinai GPS O inai anmiem uma éie de menagen de navegação, ai como: - Efeméide (infomaçõe do paâmeo obiai) - coeçõe do elógio do aélie - aúde do aélie, ec., que ão poceada pelo ecepoe GPS. Peneam nevoeio, chuva, nevaca, poeia e empo inávei. Não conegue aavea maa dena (abovido pela folha da ávoe) e ólido que pouam algun cenímeo de epeua. Leiua dificulada

14 COMPONENTES DE CONTROLE O iema de conole opeacional (OCS) é compoo po uma eação de conole cenal, eaçõe monioa, e a eaçõe de conole em ea. Reponávei pelo aeameno do aélie, aualização de ua efeméide (poiçõe obiai) e calibação e inconização do eu elógio.

15 Ee iema deemina a óbia de cada aélie e pevê a ua aeóia na 24h eguine. Ea infomação é enviada paa cada aélie paa depoi e anmiida po ee, infomando o ecepo do local onde é poível encona o aélie.

16 Exiem 5 eaçõe monioa localizada no: Havaí, Coloado Sping, Ilha da cenão no lânico Sul, Diego Gacia, no Oceano Índico, e Kwaalein, no Pacífico Noe.

17 SEGMENTO DO USUÁRIO Coniuído pelo ecepoe GPS e comunidade de uuáio. O ecepoe conveem o inai do aélie em eimaiva de poiçõe, velocidade e empo.

18 Paa diveo uuáio miliae e civi ipo de ecepoe diponívei hoe. ão váio o Em função do ipo de obevávei (peudodiância e fae da onda poadoa) e da diponibilidade de código (C/, P e Y), ão claificado o ecepoe GPS. Na maioia da aplicaçõe de navegação, ecepoe com o C/ eá uficiene. Com ee ipo de ecepo, apena a peudodiância deivada do código C/ peene na L1 é medida

19 EFEMÉRIDES São paâmeo obiai que pemiem calcula a poição (coodenada caeiana X,Y,Z) no céu, em deeminado inane de empo GPS. efeméide ão neceáia paa calcula a poição do ecepo Cada aélie anmie omene ua efeméide anmião da efeméide dua 30 egundo efeméide ão válida po omene pouca hoa efeméide ão modificada a cada uma hoa paa leva em cona a coeçõe de poicionameno.

20 Tipo de efeméide empegada no GPS Tanmiida Ulaápida (pedia) Ulaápida (obevada) Rápida Finai

21 OBSERVÁVEIS BÁSICS DO GPS obevávei GPS que pemiem a deeminação da coodenada de um pono ão: 1. Peudodiância po código 2. Fae da poadoa ou difeença de fae

22 SIMPLES DIFERENÇ DE FSE (SD) - difeença ene dua pua difeença paa o memo aélie; DUPL DIFERENÇ DE FSE (DD) - difeença ene dua imple difeença de fae, omada paa pae de aélie, com pelo meno um paicipando do cálculo

23 TRIPL DIFERENÇ DE FSE (TD): - eulado da difeença ene dua obevaçõe de dupla difeença de fae, obida em empo difeene, omando um memo empo como oigem paa ealiza o cálculo.

24 1. Peudodiância (peudoange).(pd) aavé de Código (C/, P, Y): medida de diância ene aélie e a anena do ecepo baeiam-e no código geado no aélie e no ecepo. O ecepo gea uma éplica do código poduzido no aélie. PD é a difeença ene o empo () egiado no ecepo () no inane de ecepção do inal e o empo egiado do aélie ()

25 Modelo maemáico da peudodiância (código) PD PD S R S R cτ ρ c c [ ] d d [ ] d d I T dm ε ε PD PD ( a coodenada do ecepo e do aélie eão implicia nea diância ) c velocidade da luz d d I T dm ε ρ diância geoméica ene a anena e o aélie eo do elógio do aélie ao GPS no in ane eo do elógio do ecepo ao GPS noin ane ionofea opofea PD mulica min ho eo da medida da peudodiância

26 2. Fae da poadoa ( L1, L2, L5) Mai pecia. poadoa L1 E L2 em ua fae no inane em que ocam a anena do ecepo compaada a de ua éplica geada no ecepo. Fae geada no aélie: Fae geada no ecepo: φ () φ() φ () N εφ φ () φ ( ) f[ d ()] 0

27 φ φ f f Modelo maemáico (peudodiância - fae da poadoa) * τ f ( a coodenada do ecepo e do aélie eão implicia nea diância ) c velocidade da luz f fequência d eo do elógio do aélie ao GPS no in an e d eo do elógio do ecepo ao GPS noin an e I T dm ε ρ diância geoméica ene a anena e o aélie N * ionofea opofea PD [( () ( )] [( ( ) ( )] d d φ φ ρ I T dm * f c mulica min ho eo da medida da peudodi ância * ambiguidad e da fae [( () ( )] [( ( ) ( )] d d φ φ N ε 0 0 N ε 0 PD 0 PD

28 Pincipai fone de eo Saélie: eo de óbia, do elógio, elaividade, aao ene a dua poadoa(l1, L2), ceno de fae da anena do aélie, fae wind-up Popagação do inal: Refação opoféica, Refação ionoféica, peda de ciclo, mulicaminho ou inai efleido, oação da ea Recepo/nena: eo do elógio, eo ene canai, aao ene a dua poadoa(l1, L2) no hadwae do ecepo, ceno de fae da anena do ecepo, fae wind-up Eação: eo na coodenada, mulicaminho ou inai efleido, maé eee, movimeno do pólo, caga oceânica, peão da amofea

29 Obenção de coodenada à pai do GPS coodenada do pono podem e obida po váia écnica de poicionameno: Poicionameno aboluo, Poicionameno elaivo, Difeencial GPS, Poicionameno elaivo eáico, Poicionameno elaivo cinemáico.

30 Méodo de Poicionameno boluo ou poicionameno po pono (PP) (eáico, cinemáico) Uiliza apena um ecepo uiliza: Peudodiância (po Código) ou Fae da onda poadoa ou Fae da onda poadoa e Peudodiância Pode e po: Po pono (imple) Uiliza efeméide anmiida Refeencial vinculado ao WGS84 Po pono pecio (PPP) Uiliza efeméide e pecia e coeçõe do elógio Refeencial vinculado ITRF2005

31 Poicionameno aboluo po pono (PP) com peudodiância (Código) coodenada de ão deeminada po meio de GPS, ão 4 peudodiância paa o difeene aélie (, k, l, m). R ρ R ( ) ρ ( ) cδ ( ) ( ) () diância geoméica do pono peudodi ância c velocidade da luz δ () eo do elógio

32 Paa deemina o pono de coodenada deeado inclui a diância ρ () X () ( ) 2 ( () ) 2 ( X Y Y Z () Z ) 2 ρ X X ( ) diância (),Y (), Z (),Y,Z geoméica do pono componene do veo poição geocênic a do aélie na época coodenada deconheci da do local de obevação.

33 O iema coepondene paa obenção da coodenada da peudodiância (po código ) é da foma: Incluindo a diância : ( ) ( ) ( ) () () () () () () () () () c R c R c R c R m m l l k k δ ρ δ ρ δ ρ δ ρ () () ( ) () ( ) () ( ) () () () ( ) () ( ) () ( ) () () () ( ) () ( ) () ( ) () () () ( ) () ( ) () ( ) () c Z Z Y Y X X R c Z Z Y Y X X R c Z Z Y Y X X R c Z Z Y Y X X R 2 m 2 m 2 m m 2 l 2 l 2 l l 2 k 2 k 2 k k δ δ δ δ ( ) ρ ( ) () elógio do eo ) ( luz da velocidade c peudodi ância R pono do geoméica diância δ ρ

34 Méodo de Poicionameno boluo ou poicionameno po pono pecio (PPP) O PPP gealmene eque dado de ecepoe de dupla feqüência. Dea foma, a equaçõe lineaizada que fazem pae do PPP paa ecepoe de dupla feqüência ão a peudodiância e a fae da onda poadoa.

35 equação lineaizada da peudodiância é dada pelo modelo maemáico: ( ) ( ) ΔPD a ΔX b ΔY c ΔX c d d I T E ΔPD difeença ene a peudodi ância obevada c d I T a,b ene,c velocidade calculado com infomaçõe conida na função poadoa coeficien e efeene paciai ao o ecepo do paâmeo da efeméide paâmeo L, endo da luz e o aélie e a calculada diância no vácuo pecia apoximado (1,2) geoméica apoximado, eo do elógio do aélie do à deivada aélie, eo devido à efação ionoféic a eo devido à efação opoféi ca, paa em a com elação

36 MÉTODO DE POSICIONMENTO RELTIVO (eáico, eáico ápido, cinemáico, emicinemáico) Doi ecepoe aeiam imulaneamene o aélie po 20 min ou aé hoa. Inevalo de gavação de dado 15, 30,1 min Pecião da odem de 1ppm a 0,1 ppm (eáico) 1ppm a 5 ppm (eáico ápido)

37 Poicionameno Relaivo com peudodiância (Código ) Deemina a coodenada de um pono deconhecido B em elação a um pono conhecido. X B X b B Δ Δ Δ B B B B B B B Z Y X Z Z Y Y X X b

38 Conideando po fae ( Φ ), endo pono e B do aélie e ouo aélie k imulaneamene época, a equaçõe de medição ão: eo do elógio f fequência Φ Φ Φ Φ k B k B 1 ρ λ 1 k ρ λ 1 ρb λ 1 k ρb λ () f δ () () f δ () () f δ () B k () f δ () N diância geoméica ene a anena e o aélie ( a coodenada do ecepo e do aélie eão implicia δ ρ k B N N N k B B nea diância ) N Φ k B ambiguidad fae e da fae

39 ρ Simplificando Φ k B N k k k B Φ B ( ) Φ B ( ) Φ ( ) Φ ( ) k k () ρ () ρ () ρ () ρ () k B N B k B N B B N k N ( a Φ ρ N f k B k diância coodenada fequência ambiguidad e fae geoméica do ecepo da fae Φ ene a anena e do aélie k B 1 λ e eão o aélie implicia k k () ρ () N B c velocidade da λ compimen o luz de B onda nea Enconamo o modelo da dupla difeença de fae diância )