GE G O E D O É D S É I S A I A E S E P S A P C A I C A I L A

Transcrição

1 GEODÉSIA ESPACIAL

2 Um pequeno histórico sobre Sistemas de Posicionamento. Onde estou? Para onde vamos? São as primeiras indagações do homem.

3 De Navegações Marítimas e as Viagens Espaciais

4 A criação de vários instrumentos Sextante

5 Sistemas de navegações baseados em ondas de rádio Estes sistemas não abrangiam o posicionamento global e era limitado em sua acurácia. Quando apresentavam cobertura global seus custos eram ainda mais elevados e com baixa precisão.

6 Transit

7 Constelações GNSS

8 Navstar-GPS (Global PositioningSystem) Desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados o Navstar-GPS é um sistema de rádio navegação. Fusão de dois sistemas americanos: Timation e System 621B, da Marinha e Força Aérea, respectivamente. O GPS quando declarado operacional em 1995 possuía 24 satélites em orbita, em 2005, 29 satélites e em 2007, 30 satélites, com dois tipos de serviço: o de Posicionamento Padrão (SPS) e o de Posicionamento Preciso (PPS).

9 GLONASS Global naya Navigatsionnaya Sputnikowaya Sistema, concebido na década de 1970, na antiga URSS (União das Repúblicas Socialistas Soviéticas), um sistema similar ao GPS. Atualmente desenvolvido e operado pela Russian Federation Space Forces, também para uso militar, mas civis usam sem problemas. Declarado totalmente operacional em 1995 com 24 satélites (possuindo vida útil de três anos), mas com a crise financeira, satélites não foram mais lançados até 2006, quando estavam com apenas 10 satélites operacionais, com a retomada de investimentos já em 2007 sinais estavam disponíveis para usuários civis, em 2010 todo território russo estava coberto pelos satélites, em 2011 a constelação de 24 satélites foi restaurada, e hoje seus satélites mais recentes tem vida útil de 10 anos.

10 Galileo A União Europeia começou a desenvolver em 1999 o Galileo, seu sistema de navegação. Em 2005, seu primeiro satélite experimental foi lançado, o GIOVE-A. Este sistema tem controle civil e interoperacionalidade com GPS e GLONASS.

11 Sistema de Posicionamento por Satélite: Segmento Espacial (GPS):

12 Segmento Espacial(GPS): Segmento espacial GPS consiste em uma constelação de satélites que transmitem sinais de rádio aos usuários. A uma altitude de aproximadamente 20200km, com seis planos orbitais igualmente espaçados. Um período orbital é de 12 horas siderais aproximadamente e a inclinação dos planos orbitais é 55, garantindo que no mínimo quatro satélites GPS, estejam visíveis a qualquer momento e lugar. Com sistema de referência WGS84.

13 Segmento Espacial (GPS): Sinais GPS: O GPS transmite três ondas portadoras: L1 = 1575,42 MHz e λ =~ 19cm; L2 = 1227,60 MHz e λ=~ 24cm; L5 = 1176,45 MHz e λ=~ 25,5cm.

14 Segmento Espacial (GPS): Estrutura básica do sinal GPS:

15 Segmento Espacial (GPS): Novos Sinais GPS: L1C L2C L5

16 Segmento Espacial (GLONASS):

17 Segmento Espacial (GLONASS): Com três planos orbitais, com inclinação de 64,8, e oito satélites igualmente espaçados. Sua altitude é de Km e seu período orbital é de 11h15min44s. Com inclinação maior que a do GPS tem melhor cobertura em altas latitudes. Sistema de referência: PZ-90 (Parametry Zemli 90) A frequência L1 é dada por: = + =1602 =0,5625 K: representa o canal do satélite (k=0, 1, 2, 3,..., 24) E as portadoras L1 e L2 tem a seguinte relação: = Assim as bandas de frequência vão de 1598,0625 a 1604,25 MHz para L1 e de 1242,9375 a 1247,75 MHz para L2.

18 Segmento Espacial (Galileo):

19 Segmento Espacial (Galileo): CAPACIDADE OPERACIONAL INICIAL (COI): 18 satélites em órbita por menos de 4m de precisão horizontal interoperável com GPS para maior precisão (os receptores atuais seriam simplesmente necessários para obter atualizações de firmware). CAPACIDADE OPERACIONAL COMPLETA: Constelação completa operacional ( satélites) GALILEO autônomo pode ser usado para aplicativos críticos. Estrutura do sinal: Galileo transmite sinais em 3 bandas de frequência (E5, E6 e E1) com 4 portadoras (E5A de 1176,45 MHz, E5B de 1207,14 MHz, E6 de 1278,75 MHz e E1 de 1575,42 MHz). L5 e L1 do GPS tem a mesma frequência da E5A e E1 do Galileo.

20 Segmento de Controle (GPS): As principais tarefas do segmento de controle são: - Monitorar e controlar continuamente o sistema de satélites; - Determinar o sistema de tempo GPS; - Predizer as efemérides dos satélites, calcular as correções dos relógios dos satélites; - Atualizar periodicamente as mensagens de navegação de cada satélite.

21 Segmento de Controle (GPS):

22 Segmento de Controle (GLONASS): O segmento de controle terrestre é responsável por: - Predizer as órbitas dos satélites; - Transferir as efemérides, as correções dos relógios e os almanaques dos satélites; - Sincronizar os relógios dos satélites com o sistema de tempo do GLONASS; - Estimar as discrepâncias entre o sistema de tempo do GLONASS e o TUC (US); - E controlar os satélites.

23 Segmento de Controle (GLONASS): Composto por: -Sistema de controle central; -Central de sincronização de tempo; várias estações de comando e rastreio; -E estações de rastreamento a laser. O centro de controle fica em Moscou e as estações de monitoramento ficam espalhadas pelo território da antiga União Soviética.

24 Segmento de Controle (Galileo): São trinta estações pelo mundo dando apoio na determinação de órbitas e sincronização de tempo. Com dois centros de controle, um gerando mensagens de navegação e sistema de tempo, e outro controla a integridade.

25 Segmento de Controle (Galileo):

26 Segmento de Usuários (GPS):

27 Segmento de Usuários (GPS): Principais componentes de um receptor GPS: -Antena: -Seção de RF: -Canais: -Microprocessador: - Interface com o usuário: - Memória: - Suprimento de energia: - Comunicação:

28 Segmento de Usuários (GPS): Classificação dos receptores: Classificação de acordo com usuários: - Receptor de uso militar; - Receptor de uso civil. Classificação de acordo com a aplicação: - Receptor de navegação; - Receptor geodésico; - Estação de referência; - Receptor para SIG; - Receptor de aquisição de tempo, etc.

29 Segmento de Usuários (GPS): Classificação dos receptores: Classificação de acordo com os dados proporcionado pelo receptor: - Código C/A; - Código C/A e portadora L1 - Código C/A e portadora L1 e L2; - Código C/A e P2 e portadora L1 e L2; - Código C/A, P1 e P2 e portadora L1 e L2; - Código C/A, L2C, P2 e portadora L1 e L2.

30 Segmento de Usuários (GPS): Técnicas de processamento do sinal: No Brasil, por causa da atividade ionosférica, usa-se receptores das portadoras L1 e L2, com os códigos C/A, P e L2C. A técnica da correlação do código é usada para acessar a portadora, quando o AS não está em operação, sendo assim para L1. Para L2 tem-se várias técnicas para acessá-la, pois tem modulado sobre ela apenas o código P, sujeito ao AS, como a quadratura do sinal (squaring), correlação cruzada, correlação do código com quadratura do sinal e a Z-Tracking.

31 Segmento de Usuários (GPS): SA (Selective Availabity): Por acharem que a acurácia do posicionamento por pseudodistâncias a partir do código C/A, estavam muito boas, criaram dois efeitos que fazem parte da SA: - Manipulação das efemérides transmitidas (técnicaε); - Desestabilização sistemática do oscilador do satélite (técnicaδ).

32 Segmento de Usuários (GPS): AS (Anti-Spoofing): O código P é criptografado gerando um código protegido, o código Y, pois o acesso ao código P não é permitido. Assim o AS estando ativado, apenas usuários autorizados terão acesso ao código Y, que é a combinação dos códigos P e W.

33 Segmento de Usuários (GPS): Sistema de tempo GPS: Dois sistemas de tempo são usados: o tempo atômico e o tempo dinâmico. O GPS usa o tempo atômico para registrar o instante da geração dos sinais e a realização das observações, e o dinâmico, para expressar a equação do movimento dos satélites.

34 Segmento de Usuários (GPS): Exemplo de receptor GPS:

35 Segmento de Usuários (GLONASS): Está diretamente ligado aos receptores, sendo que a maioria dos receptores que rastreiam GLONASS também rastreiam GPS.

36 Segmento de Usuários (GLONASS): Sistema de tempo GLONASS Este sistema do GLONASS refere-se ao TUC da antiga União Soviética, o qual considera os saltos de segundos. Esse sistema é baseado em um conjunto de maser de hidrogênio, controlado pela central GLONASS de tempo. E a relação entre o TUC e o tempo GLONASS é dada por: = + 3 O termo representa o ensemble entre os relógios usados que é divulgado nas mensagens de navegação do GLONASS.

37 Segmento de Usuários (Galileo): Os receptores Galileo assim como o GLONASS, estão vinculados em receptores GPS na maioria das vezes, ou receptores que captam sinais dos três sistemas (GPS, GLONASS e Galileo).

38 Segmento de Usuários (Galileo): Serviços e desempenho do Galileo: - Serviço de acesso aberto (OAS open access service): - Serviço de acesso comercial (CAS comercial access service): - Serviço de segurança de vida (SAS safety of life service): - Serviço público regulamentado (PRS public regulated service): - Serviço de busca e resgate (SAR search and rescue service).

39 Segmento de Usuários (Galileo): Sistema de tempo: GST (Galileo System Time) tem duas funções principais: a manutenção de tempo para a navegação, necessária para determinar as órbitas dos satélites e para sincronização do tempo; e para a manutenção do tempo para fins de metrologia. O GST determina a discrepância entre o tempo GPS e o tempo Galileo.

40 Referências Bibliográficas: MONICO, João Francisco Galera. Posicionamento pelo gnss: Descrição, fundamentos e aplicações. 2 ed. São Paulo: UNESP, 2008.