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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

FACULDADE DE ENGENHARIA E ADMINISTRAÇÃO

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

NOTA DE AULA:

GPS – Global Positioning System

PROF. Antonio Nilson Zamunér Filho

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1. Histórico do sistema de posicionamento

1.1 Generalidades

No início, os limites do conhecimento humano eram restritos apenas às

proximidades de sua moradia; com o passar do tempo, este interesse foi se ampliando

com o incremento do comércio e com a melhoria dos meios de transporte e comunicação.

A “arte de navegar” serviu como base para a conquista de novos territórios. A

navegação orientada por astros celestes foi um grande passo na realização de viagens

além-mar, assim, surgiu a navegação astronômica. Os astros por muito tempo foram fonte

de orientação.

Nos séc. XIV e XV – Grandes Viagens Marítimas: Sul da África, América e

Oceania.

Bússola – chineses: deslocamento prévio.

Evolução com o tempo...

Ecobatímetro (Sonar): experiências com golfinhos. Uma onda sonora é emitida

(emissor/receptor), atinge o fundo, é refletida, calcula-se o tempo, sabe-se a velocidade

de propagação da onda na água, determina-se a distância.

Na Segunda Guerra Mundial, os ingleses desenvolveram o Radar: semelhante ao

sonar, porém utiliza ondas eletromagnéticas.

1.2 Processamento Clássico

Após o lançamento do primeiro satélite artificial (1957) surgiram vários métodos

de posicionamento baseados no rastreamento de corpos artificiais.

Rastreio ótico: todas as técnicas visuais e fotográficas de obtenção da posição de

um satélite.

Rastreio visual: olho

Rastreio fotográfico: fotogramétricos, fundo estrelado e pós interpolação com

estrelas de posição conhecidos, deduz as coordenadas do satélite – fundamento da

triangulação espacial.

Rastreio fotoelétrico: fitas magnéticas e lunetas.

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Rastreio eletrônico: ondas de rádio, Laser, Radar, Doppler e Secor.

Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Uma fonte de luz monocromática cujas ondas movimentam-se na mesma direção.

Radar: Ondas eletromagnéticas centimétricas e o satélite reflete os sinais.

Uso restrito:

1. Custo elevado;

2. Determinação da precisão com o aumento da distância;

3. Certos materiais podem alterar o sinal; e

4. Predição muito acurada.

Secor: Sequential Collation of Range

Basicamente consta de quatro estações terrestres, sendo três de posição conhecida.

Emitem sinais ao satélite SECOR que os demodula e os retransmite em duas

frequências. A diferença de fase entre os sinais emitidos e recebidos permite a cada

estação terrestre calcular a distância até o satélite.

Posicionamento Doppler

Efeito Doppler – 1845: Christian Doppler: a cor da luz das estrelas varia com o

movimento aparente destas em relação ao observador.

O efeito Doppler pode ser comparado ao ruído da sirene de uma ambulância que

passa por um observador. Quando se aproxima, o som é muito alto, como se a ambulância

estivesse parada. Porém, quando passa, o som instantaneamente desaparece.

O efeito Doppler nada mais é que um incremento na frequência e um

correspondente incremento na contagem de ciclos de onda, que variam de 20 a 20.000

ciclos, provocada pela variação relativa entre o observador e a origem do sinal que se

desloca a uma velocidade qualquer. A magnitude deste incremento na frequência é

chamada de Aumento Doppler e a variação na frequência causada pela mudança na

velocidade relativa entre a origem do sinal e o observador é chamado Efeito Doppler.

Em outras palavras, é a medição, em ciclos, da diferença entre o número de ciclos

recebidos e o número de ciclos que deveriam ter sido recebidos pelo receptor, devido às

diversas posições geométricas do satélite que está em movimento.

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O posicionamento por satélites Doppler está baseado na interpretação de sinais

contínuos transmitidos por satélites que navegam em órbitas ao redor da Terra.

Muito usado, contudo:

1. Somente duas dimensões: Latitude e Longitude;

2. Pequena precisão ≈ 200 m;

3. Determinação de posição só era possível durante uma hora.

1964 – TRANSIT – US Navy: Sistema de Satélites

1973 – NAVSTAR – US Air Force: Navigation System Time and Ranging

GPS – Global Positioning System

Hoje, estes programas são controlados pelo Departamento de Defesa dos EUA.

Outros Sistemas (John Hopkins University)

TRANSIT

621B

TIMATION

O objetivo principal até aqui sempre foi MILITAR.

1983 – Autorização para uso civil.

O GPS fornece aos usuários, diretamente, a determinação instantânea aproximada

da posição de pontos em três dimensões, sobre a superfície da Terra, próximo a ela ou no

espaço.

2. Características do Sistema de Posicionamento GPS

2.1 Características do Sistema GPS

Desde o lançamento dos primeiros receptores GPS, tem havido um crescente

número de aplicações nos levantamentos, face às vantagens oferecidas pelo sistema

quanto à rapidez, disponibilidade, vulnerabilidade e economia.

GPS – Definição: o “GPS” é um sistema espacial de navegação que foi

desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA, que pode ser usado 24 horas, em

NAVSTAR / GPS

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quaisquer condições meteorológicas. O objetivo inicial era satisfazer as necessidades

civis, das forças armadas americanas e seus aliados, de modo a determinar a posição,

velocidade e tempo, em relação a um sistema de referência definido, para qualquer ponto

sobre ou próximo da superfície da Terra.

Restrições à comunidade civil: inserção proposital a degradação dos sinais

emitidos pela constelação de satélites.

GPS – fornece posição + tempo = velocidade, aceleração, direção...