Introdução ao GPS

Prof. Dr. Nelson Wellausen Dias

Histórico

Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

Primeiros estudos começaram na década de 1960.

Primeiro satélite foi lançado em 1978. O sistema só se tornou completo em abril

de 1995.

Como funciona o sistema GPS

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São três segmentos

Segmento de Controle

Segmento espacial

Segmento

do Usuário

Estações de monitoramento

Antenas em terra

Estação Central

•6 planos orbitais

•Inclinação de 55o em relação ao Equador

•20.200 km de altitude

•4 satélites por plano

Segmento espacial: constelação de 24 satélites

•Órbita de 12 horas

Resultado: em qualquer lugar do mundo, em qualquer momento haverá no mínimo 4 satélites de GPS “visíveis” ao receptor.

•Cada satélite tem um relógio atômico (césio) e transmissores de rádio

Acurácea do relógio atômico: 1 s a cada 100 000 anos

• Gera sinais de rádio em duas freqüências

Ondas são moduladas por códigos binários que contém informações de navegação do satélite

Sinal leva informações sobre data/horário (relógio) e efemérides do satélite

Segmento de controle

• 5 estações de controle ao redor do mundo, sendo uma delas a principal (Colorado, EUA)

• Monitoramento dos satélites: efemérides, correção dos relógios, previsão de órbitas, etc

Como funciona o sistema GPS

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Atol Kwajalein

Comando Espacial EUA

Hawai

Ilhas Ascenção

Diego Garcia

Cabo Canaveral

Antenna em TerraEstação Central Estação de Monitoramento

Como funciona o sistema GPS

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Segmento usuário Militar Busca e resgate Ajuda humanitária em desatres naturais Levantamentos de campo Navegação marinha, aeronáutica e terrestre Controle remote de veículos e robôs Posicionamento e controle de satélites Serviços de remessa e entrega de produtos Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Recreacional

GPS: os 3 segmentos

Segmento Espacial

Segmento de Controle

Segmento Usuário

Quatro funções básicas do GPS

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Coordenadas e posição

Distância e direção entre quaisquer dois pontos

Informações sobre o progresso da viagem

Medição precisa do tempo

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A posição é determinada pelo Tempo.

T + 3

A distância entre o satélite e o receptor = “3 vezes a velocidade da luz”

O sinal deixa o satélite no tempo “T”

O sinal é recebido pelo receptor no tempo “T + 3”

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Código de Ruído Pseudo Aleatório (CRPA)

CRPA do

Receptor

CRPA do Satélite

Diferença de Tempo

Qual é o Tempo

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Horário Zulu

Horário Militar

(horário local contado em 24 horas)

Horário Coordenado Universal

Horário Médio de Greenwich

Horário Local: AM ou PM (ajustado para o fuso horário local)

Horário GPS + 13*

* Horário GPS está a frente do UTC em aproximadamente 13 segundos

Sinal de UM satélite

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O receptor está em algum lugar desta esfera.

Se o receptor calcula que ele está a X km de um satélite, então sabemos que ele pode estar em qualquer lugar de uma esfera imaginária que tem o satélite por centro e o raio mede x km

Sinal de DOIS satélites

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Com um segundo satélite, o receptor calcula duas esferas , uma para cada satélite. Agora sabemos que o receptor está localizado apenas onde as duas superfícies das duas esferas se interceptam

A intercepção entre as duas esferas é um anel . Sabemos que o receptor está em algum ponto desse anel.

Sinal de TRÊS satélites (2-D)

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Os dois possíveis pontos de intersecção entre as três esferas

Sinal de QUATRO satélites (3-D)

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Por que um quarto satélite é utilizado?

Embora matematicamente, 3 satélites solucionem o posicionamento do receptor, um quarto satélite é utilizado para refinar o cálculo e evitar erros decorrentes das imprecisões geradas pelo relógio do receptor

Se outros satélites estiverem visíveis, eles também são utilizados no cálculo da posição do receptor, refinando ainda mais o posicionamento

Disponibilidade Seletiva (S/A)

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O Departamento de Defesa dos EUA diminuiu a qualidade da mensagem de tempo, reduzindo a precisão (ou melhor, acuracidade) para alguns usuários de GPS.

A intensão era evitar que inimigos dos EUA utilizassem essa tecnologia contra eles.

Em maio de 2000 o Pentágono reduziu o erro causado pelo S/A para zero metros.

Mas os S/A pode ser reativado a qualquer momento.

Causas de erros no GPS

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Serviço de Posicionamento Padrão (SPS ): Usuários Civis

Fonte Erros (metros)Relógios dos Satélites: 1.5 to 3.6Erros de órbita: < 1Ionosfera: 5.0 to 7.0Troposfera: 0.5 to 0.7 Ruído do receptor: 0.3 to 1.5 Multi-caminho: 0.6 to 1.2Erros operacionais(dos usuários): até 1.000 ou mais

Os erros são cumulativos e aumentam com o PDOP.

Erros do receptor são cumulativos

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Defeitos do sistema = < 9 metros

Erros operacionais = +- 1 km

Fontes de interferência no sinal

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Atmosfera terrestre

Estruturas sólidas

Metal Campos eletromagnéticos

E X E R C Í C I O