GPSGPSGlobal Positioning SystemGlobal Positioning System

(SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL)(SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL)

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulFaculdade de Engenharia – FENG

Engenharia de Computação

Programação de Periféricos

Felipe Alcará

Fernanda Azevedo

UM POUCO DA HISTÓRIAUM POUCO DA HISTÓRIA

Projeto NAVSTAR – 1960Projeto NAVSTAR – 1960

Operacional – 1995Operacional – 1995

Departamento de Defesa dos USADepartamento de Defesa dos USA

““Estrelas feitas pelo homem”Estrelas feitas pelo homem”

22

GPSGPS É uma rede de satélites que É uma rede de satélites que

emitem sinais que são emitem sinais que são interpretados por um interpretados por um receptor.receptor.

É baseado em uma É baseado em uma constelação de 24 satélites constelação de 24 satélites que orbitam a Terra a uma que orbitam a Terra a uma altitude de 22.200km altitude de 22.200km dispostos em 6 órbitas dispostos em 6 órbitas planas.planas.

33

TempoTempo RuasRuas EspaçoEspaço AviaçãoAviação AgriculturaAgricultura NavegaçãoNavegação AmbienteAmbiente SegurançaSegurança MapasMapas AnimaisAnimais

Principal Aplicação

MILITAR

Principal Aplicação

MILITAR

Principal Aplicação

MILITAR

Principal Aplicação

MILITAR

Principal Aplicação

MILITAR

44

APLICAÇÕES GPSAPLICAÇÕES GPS

Hora e data (UTC);Hora e data (UTC); CoordenadasCoordenadas AltitudeAltitude VelocidadeVelocidade

O Serviço está disponível:O Serviço está disponível:

- 24 horas por dia;- 24 horas por dia;

- Sob qualquer clima;- Sob qualquer clima;

- Em qualquer lugar do mundo;- Em qualquer lugar do mundo;

- Gratuito;- Gratuito;

55

DADOS DO PACOTE GPSDADOS DO PACOTE GPS

Circunferência: 38.400 Km;Circunferência: 38.400 Km;

Rotação:1600 Km/h;Rotação:1600 Km/h;

Ciclo de um dia:Ciclo de um dia: Distância da Terra:Distância da Terra: ½ circunferência da terra, ½ circunferência da terra,

+/- 20.200 Km;+/- 20.200 Km; Ciclo de 12 horas;Ciclo de 12 horas; Funcionam à energia solar;Funcionam à energia solar;

66

TRABALHOTRABALHO

77

TRANSMISSÃO DO SINALTRANSMISSÃO DO SINAL

TRILATERAÇÃOTRILATERAÇÃO

Baseiam-se na determinação da Baseiam-se na determinação da distância entre o receptor e os distância entre o receptor e os satélites. satélites.

Sabendo a distância que nos separa Sabendo a distância que nos separa de 3 pontos, podemos determinar a de 3 pontos, podemos determinar a nossa posição relativa, através da nossa posição relativa, através da intersecção de 3 circunferências intersecção de 3 circunferências cujos raios são as distancias cujos raios são as distancias medidas.medidas.

TRILATERAÇÃOTRILATERAÇÃO

Duas esferas, dois pontos de Duas esferas, dois pontos de intersecção;intersecção;

Três esferas, um ponto de Três esferas, um ponto de intersecção.intersecção.

MEDIÇÃO DO TEMPOMEDIÇÃO DO TEMPO Relógios atômicos com precisão de ns, enviam sinais com seus Relógios atômicos com precisão de ns, enviam sinais com seus

códigos de identificação, por meios de ondas de rádio. códigos de identificação, por meios de ondas de rádio.

Os receptores conseguem saber quanto o sinal viajou, sabendo Os receptores conseguem saber quanto o sinal viajou, sabendo quanto tempo ele demorou para chegar. quanto tempo ele demorou para chegar.

O mesmo código Pseudo-Aleatório é criado ao mesmo tempo O mesmo código Pseudo-Aleatório é criado ao mesmo tempo em ambos. em ambos.

Cada satélite transmite dois sinais de rádio, L1 a 1575,42 MHz e Cada satélite transmite dois sinais de rádio, L1 a 1575,42 MHz e L2 a 127,60 MHz.L2 a 127,60 MHz.

O sinal L1 - dois códigos - P e C/A. O sinal L1 - dois códigos - P e C/A.

O sinal L2 - apenas código P - uso militar. O sinal L2 - apenas código P - uso militar.

Quando o sinal do satélite chega ao receptor Quando o sinal do satélite chega ao receptor haverá uma defasagem com o sinal gerado no haverá uma defasagem com o sinal gerado no receptor, que é o tempo do trânsito. receptor, que é o tempo do trânsito.

Velocidade x Tempo = DistânciaVelocidade x Tempo = Distância

Velocidade da luz = 300.000 km/sVelocidade da luz = 300.000 km/s

São 9:30:00São 9:30:00

Tempo = 1 segundoDistância = 300.000 km

Agora são 9:30:01Agora são 9:30:01

1111

CÁLCULOCÁLCULO

O sistema O sistema GPS é GPS é

dividido em dividido em três três

segmentos:segmentos:

1212

ESTRUTURA DO SISTEMA ESTRUTURA DO SISTEMA GPSGPS

Composto por 24 satélites, dos quais, Composto por 24 satélites, dos quais, 3 são back-up;3 são back-up;

Cada satélite completa uma órbita Cada satélite completa uma órbita em 12 horas siderais;em 12 horas siderais;

Estão em órbita semi-síncrona;Estão em órbita semi-síncrona; Esta constelação possui 4 satélites Esta constelação possui 4 satélites

operacionais em cada um dos seis operacionais em cada um dos seis planos orbitais.planos orbitais.

1313

SEGMENTO ESPACIALSEGMENTO ESPACIAL

1414

POSICIONAMENTO DOS POSICIONAMENTO DOS SATÉLITESSATÉLITES

Inclui a estação mestre (MCS), as estações Inclui a estação mestre (MCS), as estações de monitoração (MS) e antenas de terra (GA).de monitoração (MS) e antenas de terra (GA).

1515

SEGMENTO DE CONTROLESEGMENTO DE CONTROLE

A MCS opera ininterruptamente;A MCS opera ininterruptamente; Função : Função :

1)1) SeguirSeguir

2)2) MonitorarMonitorar

3)3) GerenciarGerenciar

As antenas transferem estas informações para os As antenas transferem estas informações para os satélites e estes re-transmitem para os satélites e estes re-transmitem para os receptores.receptores.

1616

SEGMENTO DE CONTROLESEGMENTO DE CONTROLE

SEGMENTO DE USUÁRIOSEGMENTO DE USUÁRIO Composto pelos distintos tipos de equipamentos, diversas Composto pelos distintos tipos de equipamentos, diversas

aplicações.aplicações. O Plano Federal de Navegação (FRP) dos EUA estabelece O Plano Federal de Navegação (FRP) dos EUA estabelece

que :que :SPS é um serviço de posicionamento e sincronização SPS é um serviço de posicionamento e sincronização

do tempo contínuo, gratuito, fornecido na freqüência L1 e do tempo contínuo, gratuito, fornecido na freqüência L1 e contendo o código de aquisição grosseiro CA.contendo o código de aquisição grosseiro CA.

PPS de uso exclusivo dos militares, opera nas faixas PPS de uso exclusivo dos militares, opera nas faixas L1 e L2.L1 e L2.

Receptores GPS são do tipo SPSReceptores GPS são do tipo SPS

Receptor GPS varia em termos de funções e capacidades. Receptor GPS varia em termos de funções e capacidades. Muitos deles possibilitam a entrada de mapas.Muitos deles possibilitam a entrada de mapas.

PROTOCOLO NMEAPROTOCOLO NMEA((National Marine Eletronics Association)National Marine Eletronics Association)

Foi Foi criado pela Marinha americana com propósito criado pela Marinha americana com propósito de organizar e padronizar as informações de organizar e padronizar as informações fornecidas pelos satélites.fornecidas pelos satélites.

Envia dados através de strings,Envia dados através de strings, cada linha cada linha identifica um certo tipo de dado do GPS como: identifica um certo tipo de dado do GPS como: waypoints, tracks, routes e etc.waypoints, tracks, routes e etc.

1818

MODULO GPS GT-320RMODULO GPS GT-320R GPGGA – Global Positioning System Fix Data GPGGA – Global Positioning System Fix Data GPGLL – Geographic position, Latitude and Longitude GPGLL – Geographic position, Latitude and Longitude GPGSA - Satellite status GPGSA - Satellite status GPGSV - Satellites in view GPGSV - Satellites in view GPRMC - Recommended Minimum sentence C *GPRMC - Recommended Minimum sentence C * GPVTG - Track made good and ground speed **GPVTG - Track made good and ground speed ** GPZDA - Data and Time GPZDA - Data and Time

*(position, velocity, time) data

**emulando Loran saída

GPGGA – GLOBAL POSITIONING SYSTEM FIX DATA GPGGA – GLOBAL POSITIONING SYSTEM FIX DATA

GPGLL – GEOGRAPHIC POSITION, LATITUDE AND GPGLL – GEOGRAPHIC POSITION, LATITUDE AND LONGITUDE LONGITUDE

Loran - Long Range Aid to Navigation (Auxílio à navegação de longo alcance)

Desenho

GPGSA - SATELLITE STATUSGPGSA - SATELLITE STATUS

GPGSV - SATELLITES IN VIEWGPGSV - SATELLITES IN VIEW

GPRMC - RECOMMENDED MINIMUM GPRMC - RECOMMENDED MINIMUM SENTENCE CSENTENCE C

•Velocidade de barcos e aviões é expressa em nós (milhas náuticas por hora). •Tempo Universal Coordenado (em inglês Coordinated Universal Time) •(position, velocity, time) data

GPVTG - TRACK MADE GOOD AND GROUND SPEED GPVTG - TRACK MADE GOOD AND GROUND SPEED

*emulando Loran saída

GPZDA - DATA AND TIME GPZDA - DATA AND TIME

Fuso

SENTENÇA NO TERMINALSENTENÇA NO TERMINAL

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47 $GPGLL,4916.45,N,12311.12,W,225444,A,*1D $GPGSA,A,3,04,05,,09,12,,,24,,,,,2.5,1.3,2.1*39 $GPGSV,2,1,08,01,40,083,46,02,17,308,41,12,07,344,39,14,22,228,45*75 $GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6ª $GPVTG,054.7,T,034.4,M,005.5,N,010.2,K*48 $GPZDA,201530.00,04,07,2002,00,00*60

2828

2929

3030

3131

3232

3333

Vídeo

3434

Mission ObjectivesMission Objectives::

- Extend - Extend ocean surface topographyocean surface topography into the 21st century into the 21st century - Provide a 5-year view of global ocean surface topography - Provide a 5-year view of global ocean surface topography - Increase understanding of - Increase understanding of ocean circulationocean circulation - Improve forecasting of climate events - Improve forecasting of climate events - Measure global sea level change - Measure global sea level change

3535

HyperTerminal do Windows

?Perguntas?

Felipe Alcará alcarafe@hotmail.com

Fernanda Azevedo fernanda.azevedo@pucrs.br

3838

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