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Prof. KOPÊ

GPS

FONTE ALTERNATIVA: NAVEGAÇÃO INTEGRADA

Autor: Comte. Norberto / Site: www.e-nav.net

Excelente referência para sua biblioteca técnica particular. Boatos sobre adoção para o PSCPP

Será ministrada a base do Miguens, atualizando dados pelo livro indicado, e destacando as diferenças.

(PS.: Não ganho nada em citar este livro, nem avalizo os boatos)

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Prof. KOPÊ

SISTEMAS GLOBAIS DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE (GNSS)

1 - GENERALIDADES

2 - GPS

3 - GLONASS

4 - GALILEO

5 - COMPASS

6 - DGNSS (GNSS DIFERENCIAL) (EXEMPLO: DGPS)

7 - RECEPTORES GNSS

8 - AGULHAS SATÉLITE

9 - LIMITAÇÕES DOS GNSS

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Prof. KOPÊ

GNSS - GENERALIDADES • CONSTELAÇÃO DE SATÉLITES.

• EFEMÉRIDES DOS SATÉLITES = DADOS DE SUA LOCALIZAÇÃO ESPACIAL.

• CADA SATÉLITE POSSUI UM RELÓGIO ATÔMICO.

• TRANSMISSÃO DAS EFEMÉRIDES E DO TEMPO PRECISO, POR SINAL RÁDIO, PELOS SATÉLITES.

• POSIÇÃO OBTIDA POR TRILATERAÇÃO.

• VELOCIDADE OBTIDA POR EFEITO DOPPLER.

• ATENDE AOS REQUISITOS DA IMO PARA UM WORLD WIDE RADIONAVIGATION SYSTEM – WWRNS.

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Prof. KOPÊ

2D

3D 452

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Prof. KOPÊ

VANTAGENS DE GNSS

• SISTEMA EXTREMAMENTE PRECISO

• TRANSMISSÃO CONTÍNUA DE SINAL

• COBERTURA MUNDIAL POR 24 HS.

• SISTEMA ESTÁVEL (ÓRBITA ELEVADA)

• OPERA SOB QUALQUER CONDIÇÃO METEOROLÓGICA

• SISTEMA PASSIVO (O USUÁRIO NÃO EMITE)

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Prof. KOPÊ

FONTES DE ERRO DE UM GNSS • PEQUENOS DESVIOS DOS RELÓGIOS ATÔMICOS

• ERROS NAS EFEMÉRIDES

• ATRASO DO SINAL NAS CAMADAS DA ATMOSFERA

• ERROS NOS RECEPTORES

• RUÍDOS ELETROSTÁTICOS (RADAR, RÁDIO, QUALIDADE DO RECEPTOR)

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DILUIÇÃO DE PRECISÃO (NO MIGUENS: PSEUDO-DISTÂNCIAS)

• NÃO É CONSIDERADA UMA FONTE DE ERRO, MAS INFLUENCIA NA PRECISÃO.

• FUNÇÃO DA DIFERENÇA DA PRECISÃO DOS RELÓGIOS ATÔMICOS DOS SATÉLITES EM COMPARAÇÃO COM O RELÓGIO A CRISTAL DOS RECEPTORES.

• A PROXIMIDADE DOS SATÉLITES AUMENTA A ÁREA DE INCERTEZA.

• O RECEPTOR SELECIONA OS MELHORES SATÉLITES DISPONÍVEIS.

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DATUM • PONTO DE REFERÊNCIA CARTOGRÁFICO.

• NOS SISTEMAS CONVENCIONAIS DE CARTOGRAFIA, USAVA-SE UM DATUM PRÓXIMO. (EX: CÓRREGO ALEGRE)

• NOS SISTEMAS MUNDIAIS, USA-SE UM DATUM MUNDIAL, PRODUZIDO POR UM MODELO MATEMÁTICO DE UM ELIPSÓIDE.

• ELIPSÓIDE x GEÓIDE.

• GPS - WORLD GEODESIC SYSTEM (WGS-84) 459

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GPS: GLOBAL POSITIONING SYSTEM

• ORIGINALMENTE, NAVSTAR. DESENVOLVIDO E

CONTROLADO PELO DEPTO. DE DEFESA DOS E.U.A.

(Ministério da Defesa)

• Serviço de Posicionamento Preciso (PPS) - Somente usuários

selecionados (Forças Armadas e Agências de Segurança

americanas e receptores para aliados)

• Serviço de Padrão de Posicionamento (SPS) - Todos os

usuários. Precisão horizontal de 10m, com 95% de

probabilidade.

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GPS SEGMENTOS

ESPACIAL:

MÍNIMO DE 24 SATÉLITES, EM SEIS ÓRBITAS CIRCULARES. MÍNIMO DE SEIS SATÉLITES SEMPRE VISÍVEIS. ATUALMENTE, SÃO 31 (INCLUI RESERVAS).

- DE CONTROLE:

UMA ESTAÇÃO DE CONTROLE MESTRA E

CINCO ESTAÇÕES DE MONITORAMENTO ADICIONAIS.

- DO USUÁRIO:

TODOS OS RECEPTORES, COM SEUS PROCESSADORES E ANTENAS, DE TODOS OS USUÁRIOS.

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Prof. KOPÊ

GPS

A ANTIGA “SELECTIVE AVAILABILITY” E

A NOVA “REGIONAL DENIABILITY”

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GPS

•DISPONIBILIDADE SELETIVA:

SÓ NÃO AFETAVA RECEPTORES MILITARES

AMERICANOS. DESABILITADA EM 2000.

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GPS

• NEGAÇÃO REGIONAL:

DEGRADAÇÃO INTENCIONAL DO SINAL EM

DETERMINADA REGIÃO, SEGUNDO INTERESSES

AMERICANOS.

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GPS

ATENÇÃO:

MIGUENS AINDA ESTÁ PARADO NO TEMPO,

NA DISPONIBILIDADE SELETIVA.

FALA DE BLOCK 2,

E OS PRIMEIROS BLOCK 4 JÁ FORAM LANÇADOS.

Curiosidade: o GPS e os mapas e celulares. 465

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OUTROS GNSS • GLONASS (RÚSSIA)

–CONTROLE MILITAR.

–OPERANDO SOMENTE NO HEMISFÉRIO NORTE.

–RECONHECIDO COMO PARTE DO WWRNS (JUNTO COM GPS)

• GALILEO (UNIÃO EUROPÉIA) – 2020 (News: talvez 2014)

–ÚNICO INTEIRAMENTE SOB CONTROLE CIVIL

• COMPASS (CHINA)

–CONTROLE MILITAR. SEM DATA DEFINIDA.

• TENDÊNCIA: RECEPTORES MÚLTIPLOS.

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DGNSS (Miguens)

• GNSS QUE RECEBE UM SINAL DIFERENCIAL.

• CORRIGE:“DS”, refrações atmosféricas, erros nos relógios dos satélites

• CRIADO PARA CORRIGIR DISPONIBILIDADE SELETIVA. MAS TAMBÉM CORRIGE OUTRAS FONTES DE ERRO.

• NECESSITA DE ESTAÇÃO TRANSMISSORA E RECEPTOR ADEQUADO.

• ÚNICO EXISTENTE: DGPS

• BRASIL: USA ESTRUTURA DE RADIOFARÓIS PARA TRANSMISSÃO DO SINAL.

• PRECISÃO: ABAIXO DE 1m. (abaixo de 10m)

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GPS E DGPS, PARA O MIGUENS

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GPS E DGPS, PARA O MIGUENS Embora a IMO e a IALA estejam estudando a implantação de um GNSS de controle civil internacional, compatível com o GPS e o GLONASS, o navegante não deve confiar apenas nessas fontes para determinar sua posição. Além disso, para GPS que incorporam cartas náuticas digitalizadas, não se deve esquecer que tais cartas são disponibilizadas em cartuchos “caixa preta”, que não podem ser atualizados por Avisos aos Navegantes. Desta forma, as posições GPS têm que ser periodicamente plotadas em Cartas Náuticas atualizadas, onde a navegação deve, realmente, ser conduzida. DESATUALIZADO. CATAS NÁUTICAS DIGITAIS INCLUEM CARTAS ELETRÔNICAS (ELECTRONIC NAVIGATIONAL CHART – ENC).

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VANTAGENS DE UM DGNSS (DGPS)

•MAIOR PRECISÃO DENTRO DO ALCANCE DE UMA ESTAÇÃO DGPS

•NOTIFICAÇÃO DA OCORRÊNCIA DE PROBLE-MAS NOS SATÉLITES (EM IMPLANTAÇÃO NO BRASIL).

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RECEPTORES GNSS / DGNSS • COURSE OVER GROUND / SPEED OVER GROUND

• PLANEJAMENTO DA DERROTA

• HISTÓRICO DE NAVEGAÇÃO

• TECLA MOB

• RUMO PARA WAYPOINT

• SE RECEBER INFO DA GIRO E WATER TRACK, PODE APRESENTAR A “CORRENTE”

• MONITORAMENTO DA POSIÇÃO DE FUNDEIO

• INTEGRAÇÃO COM OUTROS EQUIPAMENTOS, TENDENDO A FUNDIR TUDO NO ECDIS

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19/03/14 - GALILEO DEVE ESTAR OPERACIONAL NO FIM DO ANO.

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LIMITAÇÕES DOS GNSS

• SUJEITOS A DESLIGAMENTO, MANIPULAÇÃO OU DEGRADAÇÃO DO SINAL.

• VULNERÁVEIS A INTERFERÊNCIAS (VOLUNTÁRIAS OU NÃO) E ATAQUES DELIBERADOS.

– BLOQUEADORES DE SINAIS (ILEGAIS, MAS EXISTEM).

– SIMULADORES DE SINAL (IDEM, E CAPAZES DE GERAR FALSA POSIÇÃO).

– INTERFERÊNCIAS INVOLUNTÁRIAS DE TRANSMISSORES DE RÁDIO DEFEITUOSOS OU ILEGAIS.

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

Sistemas de Navegação Eletrônica já discutidos dependem de informações externas ao navio, transmitidas por estações terrestres (Omega, Decca, LORAN-C, Radiogoniometria e Consol) ou por satélites (TRANSIT, GPS), através de ondas eletromagnéticas. O RADAR, transmite e recebe pulsos de RF transmitidos pelo próprio navio. O sistema DOPPLER de navegação, que será estudado a seguir, depende da transmissão de ondas acústicas pelo navio.

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

Loran-A (2ª GM) Loran-C (de 1950 até déc. De 1970)-OTAN / No Pacto de Varsóvia se usava o Chayka, depois o Alpha. Loran é sbs pelo Omega (1967 a 1997) Omega é sbs pelo GPS. Decca – único particular, operou da década de 1950 até a década de 2000. Transit ou NavSat – Navy Navigational Satellite System – passou a exercer outras funções em 1996, com a chegada do GPS.

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

Antigos: recebiam ondas rádio de terra. Novos: recebem ondas rádio de satélites (GPS) ou transmitem e recebem ondas rádio (radar) transmite e recebe som (ecobatímetro)

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

O Sistema de Navegação Inercial é independente de qualquer sinal transmitido externamente ou pelo próprio navio. Particular importância para os submarinos nucleares, projetados para permanecerem submersos durante suas patrulhas, por prolongados períodos.

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

Navegação Inercial: processo de determinar a posição do navio e os seus movimentos com base na medida das suas acelerações em direções espaciais conhecidas, por meio de instrumentos que mecanizam as leis do movimento de Newton. Instrumentos básicos: - giroscópios, acelerômetros e computadores.

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

GIROSCÓPIO: já visto quando falamos de agulhas. ACELERÔMETRO: dispositivo projetado para computar a aceleração (A) ao longo de um determinado eixo, pela medida da força (F), exercida ao longo desse eixo, sobre uma dada massa (M), usando a 2ª Lei do Movimento de Newton (F = MA).

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

Um acelerômetro pode ser considerado como uma massa suspensa por um fio (um pêndulo) ou que pode correr ao longo de um guia reto. Estando o suporte do pêndulo ou do guia em repouso, ou em estado de movimento retilíneo uniforme, a massa estará em seu ponto neutro.

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NAVEGAÇÃO INERCIAL

Mas, se o suporte inicia movimento, ou altera sua velocidade, isto é, se há uma aceleração, a massa se desloca da posição neutra e a quantidade de deslocamento é proporcional ao valor da aceleração. A medida do deslocamento é feita por meios elétricos, pois, assim, conseguem-se detectar tanto as mínimas como as grandes acelerações.

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As fontes potenciais de erros mais significativas são: – erros causados pelo movimento de rotação diário da Terra; – atrito nos sistemas giroscópicos; – desalinhamento da plataforma estável, resultando que componentes verticais do campo gravitacional da Terra sejam falsamente interpretados como componentes horizontais; e – outras imperfeições na construção dos giroscópios e acelerômetros.

PRECISÃO DE UM SISTEMA DE NAVEGAÇÃO INERCIAL

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ECOBATÍMETRO (ECHO SOUNDER)

E NAVEGAÇÃO BATIMÉTRICA

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ECOBATÍMETRO

O ecobatímetro é o equipamento empregado para informar a profundidade abaixo da quilha.

Se for possível introduzir o valor do calado, poder-se-á ler diretamente a profundidade local.

Antes de seu desenvolvimento, podia-se ter uma ideia da profundidade lendo-se na carta náutica a profundidade correspondente à posição estimada do navio.

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PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO

O princípio básico de operação é o mesmo para

qualquer modelo de ecobatímetro:

O transdutor, localizado no fundo do navio, próximo

da quilha, transmite o sinal acústico quando

eletricamente excitado. A energia sonora usada para

determinar a profundidade é projetada sob a forma de

um cone.

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PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO

A maioria dos ecobatímetro de navegação gera um

cone com um abertura de cerca de 60º; a área do

fundo coberta pelo cone sonoro é função da

profundidade e, em águas profundas, pode ser

bastante grande.

O eco, refletido pelo fundo, é recebido pelo

transdutor, convertido em energia elétrica e

amplificado.

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Prof. KOPÊ

O intervalo de tempo medido entre a emissão do

pulso e a recepção do eco é, então, transformado em

profundidade e apresentado visualmente. Em geral, o

ecobatímetro indica a profundidade abaixo da quilha,

de modo que a profundidade real será igual à

profundidade medida somada ao calado do navio.

PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO

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DETERMINAÇÃO DA

PROFUNDIDADE • Intervalo de tempo decorrido

entre transmissão do sinal e

recepção do eco refletido pelo

fundo foi de t = 53,3 ms.

• Velocidade de propagação do

som na água: 1500 m/s.

• Ecobatímetro calcula a

profundidade local:

- prof. = 1500 x 0,053333 = 40m

2

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Prof. KOPÊ

A velocidade do som na água varia com a

temperatura, salinidadade e pressão (profundidade).

Os ecobatímetros, em sua maioria, são calibrados

para uma velocidade do som na água de 4800

pés/seg (1463 m/s). Quase sempre a velocidade do

som na massa líquida é maior que este valor

calibrado, assim o erro introduzido proporciona maior

segurança ao navegante (o equipamento indicará

profundidades ligeiramente menores que as reais),

exceto em água doce ou extremamente fria.

DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE

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Prof. KOPÊ

DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE

A indicação da profundidade pode ser analógica

(por meio de um neon que pisca na graduação do

mostrador correspondente ao fundo medido), digital,

através de registro gráfico em papel , ou utilizando

uma tela de cristal líquido (LCD). Os ecobatímetros

equipados com registrador gráfico ou com tela de

cristal líquido são muito úteis na navegação, pois

fornecem o perfil do fundo na área onde trafega o

navio.

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PARA LEVANTAMENTOS HIDROGRÁFICOS

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REGISTRADOR GRÁFICO DE

UM ECOBATÍMETRO

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REGISTRO DO ECOBATÍMETRO

(PERFIL DO FUNDO)

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Prof. KOPÊ

DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE

• Eco Lateral

• Eco Múltiplo

• Ecos refletidos pela camada de dispersão profunda

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Prof. KOPÊ

EFEITOS DO BALANÇO E DO

CATURRO DO NAVIO SOBRE AS

INDICAÇÕES DO ECOBATÍMETRO

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Prof. KOPÊ

ECO LATERAL

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Prof. KOPÊ

ECOS MÚLTIPLOS

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CAMADA DE DISPERSÃO PROFUNDA

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Prof. KOPÊ

FUNDO IRREGULAR

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Prof. KOPÊ

NAVEGAÇÃO BATIMÉTRICA

Ramo da navegação que utiliza a topografia

submarina para obter dados de posicionamento do

navio, a partir do retorno de ecos sônicos ou

ultrassônicos refletidos pelo fundo do mar, mesmo

em grandes profundidades.

É EMPREGADA ESPECIALMENTE POR

SUBMARINOS.

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Prof. KOPÊ

TÉCNICAS DE NAVEGAÇÃO BATIMÉTRICA

As técnicas de navegação batimétrica devem ser encaradas como mais um recurso possível para dar informações de posição ou confirmar aquelas que tiverem sido obtidas por outros meios.

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TÉCNICA DE AVANÇO DE CONTORNO

(TRANSPORTE DE ISÓBATAS)

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Prof. KOPÊ

TÉCNICA DE "CORRER UMA ISÓBATA"

Empregada na navegação costeira, consiste em seguir uma isóbata representada na carta náutica.

Depende do rumo planejado na derrota quando comparado com a configuração das isóbatas.

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