Origem. Segmentos do Sistema. Segmento Espacial. Órbita. Satnav Sistema de Navegação por Satélite. Sistema de Posicionamento Global (GPS)

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1 Satnav Sistema de Navegação por Satélite Global Navigation Satelite System (GNSS) Sistema de Posicionamento Global (GPS) No Brasil e em grande parte do mundo se popularizou a partir e um sistema específico, criado pelo governo americano, e que hoje é sempre referido por este nome ou simplesmente sua sigla. Origem Departamento de Defesa Americano que possui controle permanente dos satélites Originalmente chamado Navigation Satellite with Timing and Ranging (NAVSTAR) pelo DDA se torna conhecido por Global Positioning System (GPS) é um programa cuja instalação custou mais de 10 bilhões de dólares, e possui ainda um altíssimo custo de manutenção Fusão de dois projetos: Marinha e Força Aérea 1980 decreto executivo tornou GPS disponível para o uso civil Segmentos do Sistema Segmento Espacial - 24 satélites em órbita (3 a 4 satélites de reserva) - 6 planos orbitais com 4 satélites cada - Com um ângulo de 60 o entre si Km de altura - Desenhados para durar 6 anos têm durado em média 10 anos - Os primeiros programas foram iniciados pela marinha americana na década de 60. O sistema atual iniciou seus lançamentos em 1979 atingindo a constelação de 24 apenas em Órbita Duração de 11 horas e 58 minutos (11.200km/h) Cada satélite circunda a terra duas vezes ao dia Mantidos por energia solar Esta constelação garante que pelo menos 4 satélites serão visíveis por algum receptor 24 horas por dia. Geoprocessamento Aplicado - Prof. Ernesto Camelo 1

2 O que faz o SDA (Segmento Controle) Gerenciamento operacional. Controle de tempo dos satélites. Cálculo de parâmetros das órbitas dos satélites e atualização do almanac. Correção dos relógios dos satélites. Determinação e transmissão de dados da ionosfera para os usuários civis. Segmento Usuário Computador de mão específico para processamento de informações do Sistema de Posicionamento Global (GPS) Antena para captura de sinais GPS Garmin (modelos básicos) Modelos para: - trilha - automotivos - mapeamentos - monitoramento. Animais, crianças, automóveis etc. Acessórios que transformam: - notebooks - palmtops - celulares Computador Interfaces extras Antena Sensibilidade Interfaces Programa Pré e pós processamentos Assistência Qualidade de GPS Alta Performance (+ precisão) - Trimble - JAVAD, etc. Informação transmitida por cada satélite Almanac Localização aproximada dos satélites Sinal de baixa potência (20-50 watts) na frequência L1, com horário exato de emissão baseado em relógio atômico dentro de cada satélite Sinal capaz de atravessar nuvens, vidro e plásticos, mas quase nada de materiais opacos A princípio, apenas sinais na freqüência L1 (dentre várias) estavam disponíveis para o uso civil. Em 2005 uma frequência L2C também foi disponibilizada criando a linha dos GPS geodésicos, com maior precisão. Cálculo realizado pelo computador Distância entre cada satélite cujo sinal está recebendo baseado no atraso de chegada do sinal Cálculo da posição provável na superfície da terra baseado na triangulação do sinal de pelo menos 4 satélites Ajuste interno do relógio do aparelho baseado no sinal dos satélites Localização por triangulação Círculo de localização possível baseado na órbita do sinal de distância de 2 satélites Geoprocessamento Aplicado - Prof. Ernesto Camelo 2

3 Localização por triangulação A orbita de um terceiro satélite reduz a localização possível para 2 pontos. Continuando o raciocínio O círculo gerado pela entrada da órbita de distância de mais um satélite cortaria o círculo anterior em dois pontos. Um quarto satélite resolve a equação de localização. Fontes de erro na localização Atraso do sinal causado por condições das troposfera e ionosfera (componentes da atmosfera) Sinal recebido após reflexão em outros objetos Desajustes no relógio do aparelho do usuário Erro de ephemeris (imprecisão de localização orbital do satélite) Disponibilidade de sinais para localização Geometria de localização dos satélites Selective Availability (SA) Em tese desativada desde Maio de 2000 Erro(m) Relógio do satélite ERROS DE UM GPS PADRÃO Relógio do receptor Órbita dos satélites (ephemeris) Ionosfera Troposfera Reflexão Podem ser minimizados pelo usuário 30 de abril de de maio de 2000 Geoprocessamento Aplicado - Prof. Ernesto Camelo 3

4 GPS Diferencial (DGPS) Base para implementação de estações de LAAS LAAS = Local Area Augmentation Signals Muito utilizada em aeroportos Conceitos Operacionais Gerais de Wide Area Augmentation Signal (WAAS) 7.6 Meter Accuracy Protection Level = % 50m vert LNAV/VNAV Master Uplink Disponibilidade atual do WAAS da FAA Wide Area Augmentation System REGIÕES ONDE ESTÃO SENDO IMPLEMENTADOS SBAS Satellite-Based Augmentation Systems P/ CORREÇÃO WAAS Rede de 25 estações de referência implementada pela FAA (Federal Aviation Administration) que fazem a correção de erros de medidas e transmitem essa correção em uma mensagem via satélite. Outros GNSS GLONASS Russo. Com orbita em três eixos, um pouco mais próxima da Terra e localização mais aos polos. GALILEO Europeu. Civil desde sua concepção. Pretende possuir interoperabilidade com o GPS e o GLONASS Previsão para entrada em operação em Geoprocessamento Aplicado - Prof. Ernesto Camelo 4

5 Outros GNSS COMPASS ou BeiDou Chinês Programado para operar com 35 satélites, sendo 5 deles estacionários, se encontra em implantação mas já opera desde 2011 com 10 satélites regionalmente. Planeja alcançar um serviço global em QZSS Quasi-Zenit Satellite System Japonês Mais um SBAS mas com funcionalidades regionais para GNSS... Até agora, a constelação Galileo consiste de 18 satélites. Em 15/12/16 a Declaração de Início dos Serviços marcou o começo da fase operacional do Galileo. Isto significa que qualquer aparelho com habilitação para o sinal do Galileo é capaz de usar sua constelação para posicionamento, navegação e ajuste. EGNOS usa satélites geoestacionários e uma rede de estações em solo para receber, analisar e aumentar, e então retransmitir sinais de GPS, Glonass e, eventualmente, Galileo. EGNOS torna os sinais existentes de navegação por satélite apropriados a aplicações de segurança crucial, como o voo de aeronaves e a navegação de embarcações através de canais estreitos. EGNOS foi certificado pela aviação civil em EGNOS aumenta a acurácia de sinais de satélites de navegação existentes ao mesmo tempo que produz mensagens de integridade cruciais, informando aos usuários em caso de problemas de sinal. Ele transmite também um sinal de tempo extremamente preciso. Efeito de Cintilação na Ionosfera O Equador magnético provoca anomalias significantes de cintilação dos sinais de GPS devido à alta frequência e intensidade de ventos solares. Geoprocessamento Aplicado - Prof. Ernesto Camelo 5

6 Anomalia Magnética do Atlântico Sul Provavelmente associado à distribuição do efeito da cintilação ionosférica. O fenômeno, que acontece na região Sul do oceano Atlântico, passou a ser visível a partir da década de 1940 com o início da elaboração de mapas magnéticos. O campo magnético da Terra, é um escudo contra a radiação de partículas do espaço. No Atlântico Sul, esse escudo é muito mais fraco que em outros lugares ao redor do mundo para a radiação do espaço, portanto, esta penetra mais profundamente na atmosfera. Esta região é um risco conhecido para satélites, naves espaciais e aeronaves de alta altitude. Essas áreas de campo magnético de intensidade muito baixa comportam-se como janelas, falhas na teia magnética que protege a Terra do fluxo de partículas do Sol e do universo. Bibliografia Apostila da GARMIN: GPS Guide for beginners. (Disponível para download no site da disciplina.) U.S. Government - The Global Positioning System - European Space Agency Galileo - alileo/what_is_galileo BeiDou Navigation Satellite System - Geoprocessamento Aplicado - Prof. Ernesto Camelo 6