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Sistema de Navegação Global por Satélite
Renato de Oliveira FernandesProfessor Assistente
Dep. de Construção Civil/[email protected]
Universidade Regional do Cariri – URCA
Pró – Reitoria de Ensino de GraduaçãoCoordenação da Construção Civil
Disciplina: Topografia II
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GPSDesenvolvido e mantido pelo departamento de defesa dos Estados Unidos (DoD - Department of Defence);NAVSTAR-GPS (NAVigation System with Timing And Ranging – Global Positioning System), mais conhecido como GPS, é um sistema de posicionamento por satélites artificiais que proporciona informações de tempo e posição tridimensional em qualquer instante e lugar do planeta.
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Fins militares até 1980 (Ronal Reagan)
Clinton em 2000 cancelou a disponibilidade seletiva (RMS 10 m)
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Qual a precisão do GPS?
Para cada nível de precisão é necessário receptores com características e tecnologia diferente.A precisão depende da localização dos satélites, topografia no local, distribuição de construções e árvore no entorno e hora do dia.
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Segmentos do sistema GPSSegmento espacial (envolve os satélites)Segmento de controle (monitoração, correção de todo sistema)Segmento do usuário (usuários e seus receptores)
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Segmento espacial24 satélites em 6 orbitas planas;4 satélite em cada plano;20.200 km de altitude;Inclinação de 55° em relação ao equador;Espaçados de 60° em longitude;Velocidade de viagem aproximadamente 13.917 km/h;Período de revolução de 11 horas e 58 min.
Constelação de 24 satélite
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Segmento espacial
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Segmento espacial
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Segmento de controle
• São controladas pelas forças armadas americanas;• São cinco estações de controle, sendo uma a principal (master) responsável por receber informações e aplicar fatores de correção;
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Segmento de controle
Estações de monitoramento: rastreiam continuamente todos os satélites da constelação NAVSTAR, calculando suas posições a cada 1,5 segundos. Através de dados meteorológicos, modelam os erros de refração e calculam suas correções, transmitidas aos satélites e através destes, para os receptores de todo o mundo.
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Segmento de controlePosição do satélite:
Orbita dos satélites e as dificuldades de localização (a lei de Kepler)Não é possível determinar a localização de cada satélites com precisão, dessa forma o que se faz é a verificação periodicamente de sua localização (estações de monitoramento);
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Segmento do usuárioUsuários civis e militares;Os receptores não enviam sinal de retorno ao satélite;Um usuário não interfere no outro;Segmento influenciado por empresas privadas;
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Característica do sinal
O satélite transmite pequenos sinais de rádio (20 a 50 watt);Cada satélite transmite o sinais em duas bandas chamada de L1 e L2;
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Característica do sinal
Sobre as freqüências são modulados a mensagem de navegação e os códigos pseudoaleatóriosNa memória do receptor está uma réplica de cada um dos códigos de cada satélite.
Padrão Satélite
Padrão Receptor
Dif. Tempo
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Determinando a posição usando satélite
Para o receptor GPS determinar a posição este necessita da posição de cada satélite visível;A distância é determinada a partir do tempo que o sinal de rádio leva para chegar ao receptor de cada satélite visível;
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Determinando a posição usando satélite
A idéia básica:velocidade = distância / tempodistância = velocidade x tempoSinal do satélite corresponde a uma onda eletromagnéticaOndas eletromagnéticas viajam na velocidade da luzVelocidade da luz no vácuo, ≅ 300.000 km/s
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Determinando a posição usando satélite
O quarto satélite
Sincronismos de relógiosNos satélites:
Quatro relógios atômicos (custam cerca de US$ 100.000)O quarto satélite serve para ajustar o relógio do receptor com o do satélite
Nos receptores:Um relógio de quartzo
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Determinando a posição usando satélite
1. 2.
3. 3.1.
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Determinando a posição usando satélite
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O tempo e o erro!
Um erro de 0,1 seg. (0,1 s)x(300.000 km/s) = 30.000 km
Os melhores GPS modernos medem o tempo com aproximação de 1 nanossegundo (0,000000001 s).
(0,000000001 s) x (300.000 km/s) = 0,3 m
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Degradação do sinal (erros)Fonte Erro
Satélite Atraso entre as duas portadoras no hardware do satélite
Erro de órbitaErro do relógio
Propagação do sinal Refração troposféricaRefração ionosférica
Perdas de ciclosMulticaminho
Receptor/antena Erro do relógioErro entre os canais
Variação do centro de fase da antenaEstação Erro nas coordenadas
Multicaminho
MONICO, 2000a
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Degradação do sinal (erros)Fonte de erro Erro típico ou máximoIonosfera 10 m
Troposfera 1 m
Sincronização do relógio do satélite 1 m
Interferência eletrônica 2 m
Caminhos mútiplos 0,5 m
Posição do satélite 1,0 m
Degradação intencional (disponibilidade seletiva)
0,0 m
Erro na rede (RMS) 10 m
Erro geométrico (GDOP) 4
Erro final RMS (4 x 10) 40 mErro típico atual 10,0 m
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Posicionamento relativo
•GPS diferencial de pos-processamento;
•GPS diferencial de tempo real;
Erro da medição = Distância conhecida - distância teórica
Erro de sincronismo =Erro de medição/vel. da luz