Post on 21-Apr-2015
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