INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS

1. INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS

2. Por que GPS?

3. HISTÓRICO • Senso natural de orientação do Homem • Orientação por recursos naturais: Sol, estrelas, acidentes topográficos, ventos...

4. N • Rosa dos Ventos de 600 AC até sec. XV • Bússola W E S

5. Observações de satélites artificiais • Iniciada nos anos 60 • Navegação e Posicionamento • O que ser quer: posição de um ponto

6. Conceitos Básicos Terra 

7. Fundamentos do GPS Sistema TRANSIT • Primeiro sistema de satélites artificiais • Objetivo de navegação • Idéia básica: localização sobre a Terra • Cálculo da posição baseado no Efeito Doppler • Desvantagens: longos períodos de observação e baixa precisão

8. Sistema de Posicionamento Global – GPS • NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Time And Rancing) • Criado para substituir o TRANSIT • Estudos iniciados em 1973 • Desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América - DoD • Sistema de rádio navegação • Concebido para fins exclusivamente militares

9. O GPS foi projetado de forma que em qualquer lugar do globo e a qualquer momento existam pelo menos quatro satélites acima do plano do horizonte do observador.

10. Em razão de sua precisão e do grande desenvolvimento da tecnologia dos receptores, surgiram aplicações para uso civil, tais como: • Navegação • Geodésia • Topografia • Sinais de tempo • Outros

11. SPS (Standard Positioning Service) • Serviço de Posicionamento Padrão • Uso civil • 24 horas por dia • Em qualquer lugar • Componente temporal (data e hora) • Coordenadas (lat., long., altitude)

12. SPS • Precisão nominal: • 20m componente horizontal • 30m componente vertical • 95% do tempo • Sistema degradado intencionalmente (SA) • 100m componente horizontal • 156m componente vertical • Precisão no posicionamento relativo – 5m à 5mm

13. GPS posição de pontos, coordenadas TEMPO velocidade direção do deslocamento aceleração

14. Sistema de controle de tempo • Extremamente importante • O GPS baseia-se na medida simultânea da distância entre o receptor e pelo menos quatro satélites

15. A distância entre o receptor e os satélites se obtém por meio do atraso temporal, entre o sinal que o satélite emite até o momento em que o sinal é recebido pelo receptor

16. Espacial Controle Usuário Segmentos do Sistema GPS

17. Segmento Espacial • 24 satélites • Altura de 20.200km da superfície terrestre • 6 planos orbitais • Órbitas com 55° de inclinação em relação ao Equador • Período de 12 horas siderais • Satélites NAVSTAR ou Space Vehicles (SVs)

19. Segmento de Controle • 5 estações rastreadoras fixas • Localizadas nas proximidades da linha do Equador • Movimento orbital dos satélites constantemente monitorado • Estação mestre – Colorado Springs • Correção das efemérides e dos relógios

21. Segmento do Usuário Constituído pelos receptores GPS e comunidade de usuários. Os receptores convertem os sinais dos satélites (SVs) em estimativas de posições, velocidade e tempo.

22. Sistema de Tempo GPS • GPS mede intervalo de tempo de propagação do sinal • Tempo GPS – Início 0h de 06/01/80

23. Tempo GPS contado desde o início • número de semanas • número de segundos • Semanas GPS (GPS Week Number) • Varia de 0 – 1023 (aproxim. 20 anos) • N° de segundos - contador TOW (Time Of Week – Tempo da Semana ) • Varia de 0 –604.800

24. Sinais GPS • Satélites GPS são sistemas unidirecionais de emissão • A observação fundamental é a medida do tempo de percurso do sinal entre a antena do satélite e a antena do receptor • freqüência fundamentalfo de 10,23 Mhz

25. ESTRUTURA DO SINAL GPS

26. CÓDIGOS PRN Pseudo Randon Noise

27. Determinação das Coordenadas

28. Erros das medidas GPS • Erros do relógio do satélite • Atmosfera • Multitrajetória ou Multicaminhamento • Erros de recepção • Disponibilidade Seletiva - SA (Selective Avaibility) • Anti-spoofing (AS)

30. Diluição da Precisão (DOP) HDOP: Para o posicionamento horizontal VDOP: Para o posicionamento vertical TDOP: Para a determinação do tempo PDOP: Para o posicionamento tridimensional. RDOP: Para o posicionamento relativo (relative)

32. Tipos de receptores GPS • Os receptores + baratos • posicionamento em tempo real sem correção • baseado somente no código C/A • precisão SPS da ordem de 20 m na horizontal e 40 m na vertical • Receptores usam para suas soluções a observação da fase da portadora, em vez da pseudodistância são mais precisos e apresentam como resolução comprimento de onda da portadora com valores bem inferiores.

33. Classificação dos Receptorespelo tipo de dado - Código C/A - Código C/A e portadora L1 - Código C/A e portadoras L1/L2

34. Principais componentes dos receptores GPS • Antena com pré-amplificador; • Unidade de alta freqüência para sintonizar os sinais provenientes de diversos satélites, de preferência simultaneamente e com canais independentes; • Unidades capacitadoras para receber os códigos dos satélites, para fins de identificação, obtenção das efemérides, sinais de tempo, catálogo, etc;

35. Osciladores internos de alta precisão; • Porta de entrada e saída de dados; • Fonte de energia própria, por bateria, e ou externa, via rede domiciliar; • Memória residente para armazenamento dos dados de rastreamento. • Interface com o usuário, painel de exibição de comandos;

36. Métodos de Posicionamento • Posicionamento por Ponto ou Absoluto • Posicionamento Diferencial (DGPS) • Posicionamento Relativo

37. Classificação quanto à mobilidade do receptor: • Estático • receptores base e remoto ficam estacionados • dependendo do comprimento da base a ser medida e da precisão que se quer alcançar

38. Cinemático • permite a movimentação do receptor remoto; • período de tempo maior no ponto inicial, visando determinar as ambigüidades; • fator restritivo - cycles slips (perda momentânea do sinal de um ou mais satélites)

39. Correção do Posicionamento • Em Tempo Real • Pós-processado

40. Redes de Monitoramento Contínuo • Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do Sistema GPS (RBMC – IBGE) • Rede INCRA de Bases Comunitárias • Rede de Rádio Faróis da Marinha • Redes SIGHT e Santiago & Cintra

41. RBMC - IBGE

42. RIBaC - INCRA

43. Rede de Rádios Faróis da Marinha

44. Outros Sistemas de Posicionamento por Satélite • GLONASS • GLONASS - GLObal NAvigation Satelitte System • Sistema Russo equivalente ao GPS • 3 planos orbitais com 8 satélites cada ( 24 satélites) • Altura 19.000km; período 11:15h • Satélites transmitem em freqüências diferentes: • L1 = 1602MHz + N 0.5625MHz • L2 = 1246MHz + N 0.4375MHz (N: canal) • SA não implementada

45. TUC GLONASS diferente da TUC GPS • Datum PZ90 (Parametros Zemli 1990)

46. GALILEO • GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) • União Européia • Controle Civil • Compatível com GPS e GLONAS • 4 portadoras da Banda L • Em fase de desenvolvimento

47. ALGUMAS ORIENTAÇÕES NO USO DO GPS • Os receptores GPS foram concebidos para funcionar quando não existirem barreiras entre os satélites e a antena do receptor • Quando existem barreiras entre o receptor e os satélites, há degradação ou interrupções dos sinais.

48. O aparelho a ser utilizado vai depender da precisão necessária para o trabalho • O erro na altitude é 150% maior do que o erro na determinação da latitude e longitude

49. Os receptores utilizam internamente o sistema WGS 84 e podem exportar os dados em diversos outros sistemas. • O usuário deve ter o cuidado de registrar os pontos nas coordenadas e DATUM usados no projeto em trabalho. • Quando os Estados Unidos ativam o erro SA, a precisão da determinação de pontos absolutos pode chegar a 100m.

50. Na determinação de divisas de propriedades, talhões, canais de irrigação, construções, poços e etc. o posicionamento absoluto não satisfaz às necessidades de precisão, neste caso deve-se utilizar o DGPS • Os dados armazenados no receptor podem ser utilizados para alimentar Sistemas de Informações Geográficas ou Mapeamento Digital de forma precisa, rápida e extremamente barata