SISTEMA NAVSTAR-GPS

1. SISTEMA NAVSTAR-GPS Navigation Satellite with Time and Ranging Sistema de radionavega��o � DoD (EUA) Projetos originais: Timation e System 621B Sistema de abrang�ncia global Concep��o: qquer usu�rio sobre a ST tenha � sua disposi��o, no m�nimo, 04 sat�lites O GPS pode ser utilizado sob quaisquer condi��es clim�ticas Princ�pio b�sico: consiste na medida de dist�ncias entre usu�rio e 4 sat�lites

2. SISTEMA NAVSTAR-GPS Do ponto de vista geom�trico seriam necess�rias apenas tr�s dist�ncias. A quarta medida � necess�ria devido ao n�o sincronismo entre os rel�gios � sat�lite e receptor Tipos de servi�o GPS SPS � Standard Positioning Service PPS � Precise Positioning Service SPS � servi�o de posicionamento e tempo dispon�vel a todos os usu�rios do Globo PPS � idem, por�m s� para militares e pessoas autorizadas

3. SISTEMA NAVSTAR-GPS Precis�o SPS � 10 a 15 m; PPS � 1 a 2 m Segmentos do Sistema NAVSTAR-GPS A - Segmento espacial � 24 sat�lites; 6 planos orbitais; altitude de 20200 km Sinais GPS: 2 ondas portadoras L1 e L2 L1 = 1575,42MHz (154 x fo); l1=19cm L2 = 1227,60MHz (120 x fo); l2=24cm fo = frequ�ncia fundamental � fo = 10,23MHz L1 e L2 s�o geradas simultaneamente; permitem ao usu�rio corrigir efeitos da refra��o ionosf�rica

4. SISTEMA NAVSTAR-GPS Os c�digos C/A (Coarse Acquisition) e P (Precise ou Protected) s�o modulados em fase sobre as duas portadoras. Esta t�cnica permite determinar dist�ncias a partir da medida do tempo de propaga��o do sinal C/A tem ? = 300m; P tem ? = 30m; ambos s�o modulados sobre a portadora L1, enquanto a portadora L2 carrega apenas o c�digo P A limita��o no n�vel de acuracidade estabelecido pelo DoD era garantida pelo AS (Anti-Spoofing) e SA (Selective Availability) AS - processo de criptografia do c�digo P � P(Y) SA � manipula��o das mensagens de navega��o e da frequ�ncia dos rel�gios dos sat�lites

5. SISTEMA NAVSTAR-GPS H� tr�s tipos de sinais envolvidos no GPS: as portadoras (L1 e L2), os c�digos (C/A e P(Y)) e os dados (navega��o, rel�gio, etc). Essa estrutura permite n�o s� medir a fase da portadora e sua varia��o, mas tamb�m o tempo de propaga��o do sinal O sinal L1 tem a seguinte estrutura: SL1(t) = AP Pi(t) Di(t) cos(?1t + ?n,L1,i) + Ac Ci(t) sen(?1t + ?n,L1,i) O sinal L2 tem a seguinte estrutura: SL2(t) = BP Pi(t) Wi(t) Di(t) cos(?2t + ?n,L2,i) onde: AP e AC s�o as amplitudes dos c�digos P e A/C Pi(t) e Ci(t) s�o as sequ�ncias dos c�digos P e A/C ?1 e ?2 s�o as frequ�ncias das portadoras L1 e L2 ?n,L1,i e ?n,L2,i s�o os ru�dos de fase das portadoras Di(t) � o fluxo de dados Wi(t) � a criptografia sobre o c�digo P(Y) � Yi(t)=Pi(t)Wi(t) A �poca t dos c�digos, dados e portadoras � sincronizada

6. SISTEMA NAVSTAR-GPS B � Segmento de controle � composto por 5 esta��es monitoras: Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs. Kw, DG e AI possuem antenas para a transmiss�o dos dados aos sat�lites; CS � a MCS � Master Control Station. Estas 5 esta��es juntamente com outras 7 esta��es terrestres do NIMA (National Imagery and Mapping Agency) comp�em as esta��es monitoras GPS do DoD. Cada esta��o monitora � equipada com oscilador externo de alta precis�o e receptores de dupla frequ�ncia. Todos os sat�lites vis�veis s�o rastreados e os dados s�o transmitidos � esta��o MCS.

7. SISTEMA NAVSTAR-GPS Na esta��o MCS os dados s�o processados e as �rbitas dos sat�lites s�o calculadas, as quais s�o transmitidas juntamente com as corre��es dos rel�gios dos sat�lites visando atualizar periodicamente as mensagens de navega��o A informa��o atualizada � enviada aos sat�lites a partir das antenas terrestres As coordenadas das esta��es s�o vinculadas ao WGS � World Geodetic System. Inicialmente ao WGS-72, depois ao WGS-84. Este �ltimo passou por duas atualiza��es, culminando com as realiza��es WGS-84(G730) com precis�o decim�trica e WGS-84(G873) com precis�o em torno de 5cm

8. SISTEMA NAVSTAR-GPS O IGS (International GPS Service for Geodynamics) produz efem�rides com precis�o de poucos cent�metros para cada coordenada dos sat�lites. Isto permite atender a maioria das aplica��es que exigem alta precis�o (Geodin�mica). O IGS fornece efem�rides precisas, preditas (1 metro) e r�pidas (0,5 m). C � Segmento de usu�rios: constitu�do pelos receptores GPS, os quais devem ser apropriados para o fim a que se destinam: navega��o, geod�sia, outras aplica��es.

9. SISTEMA NAVSTAR-GPS 1�. Trabalho: Pesquise em livros, revistas, internet, monografias, etc e responda: a) Descreva em detalhes os procedimentos AS e AS implantados pelo DoD b) Apresente uma descri��o b�sica de um receptor GPS c) Mostre em detalhes a estrutura da mensagem de navega��o dos sat�lites GPS d) Apresente uma vers�o da constela��o atual de sat�lites GPS informando o tipo de oscilador usado em cada sat�lite f) Fa�a uma exposi��o acerca do sistema de tempo GPS

10. SISTEMA NAVSTAR-GPS Sistema de tempo GPS Em ess�ncia, o GPS mede o intervalo de tempo de propaga��o do sinal. Assim, � fundamental a defini��o precisa de tempo, envolvendo �poca e intervalo. Tempo at�mico � registrar o instante da gera��o dos sinais e realiza��o das observa��es. � uma escala de tempo uniforme. Tempo din�mico � para expressar as equa��es do movimento dos sat�lites. Est� associado ao tempo at�mico internacional TAI e � uma escala de tempo cont�nua; express�o: TDT = TAI + 32,184s

11. SISTEMA NAVSTAR-GPS Defini��o do segundo 13�. Confer�ncia do CGPM � 1967: �a dura��o de 9.192.631.770 per�odos da radia��o correspondente � transi��o entre os dois n�veis hiperfinos do estado fundamental do C�sio 133� (Paris). Origem do TAI: 1�. de janeiro de 1958; como � uma escala cont�nua de tempo, n�o se mant�m sincronizada com o dia solar, pois a velocidade de rota��o da Terra diminui, em m�dia, 1 segundo por ano. O problema � solucionado com a introdu��o do UTC, o qual � incrementado periodicamente com a introdu��o de segundos intercalados.

12. SISTEMA NAVSTAR-GPS Os sinais de tempo transmitidos pelos sat�lites GPS s�o sincronizados com o rel�gio at�mico da esta��o de controle. No dia 06 de janeiro de 1980, a 0h, o tempo GPS foi estabelecido como igual ao UTC. Mas, o tempo GPS n�o � incrementado pelos segundos intercalados do UTC. Portanto, h� uma diferen�a entre o tempo GPS e o TAI. Para descrever a equa��o do movimento de um sat�lite pr�ximo a Terra, � suficiente utilizar o TDT, o qual mant�m uma escala de tempo uniforme para movimento no campo gravitacional da Terra. O TDT apresenta, por defini��o, frequ�ncia igual � de um rel�gio at�mico sobre a superf�cie da Terra. Em 1991 a IAU adotou o TT coordenado em substitui��o ao TDT.

13. SISTEMA NAVSTAR-GPS Antes do advento do tempo at�mico o sistema de tempo era baseado no movimento de rota��o da Terra, sob a denomina��o de tempo universal (TU) ou sideral. Ainda hoje � necess�rio manter estas terminologias, pois a liga��o prim�ria entre o CCRF e o CTRF � realizada em fun��o do GST. Al�m disso AS VARIA��ES DA ROTA��O DA TERRA S�O EXPRESSAS COMO DIFEREN�AS ENTRE O TEMPO UNIVERSAL E O TEMPO AT�MICO.