AULA gps

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08/04/2013
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SISTEMAS DE POSICIONAMENTO 
GLOBAL
Profa Dra. Roberta de O A Valente
02 de abril de 2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS, campus Sorocaba
Curso de Engenharia Florestal
Disciplina: GEOPROCESSAMENTO
O Sistema Global de Posicionamento e de Navegação ( SISTEMA GNSS)
INTRODUÇÃO
Resultado da junção dos sistemas
GPS - Americano
GLONASS – Russo
GALILEO – União Européia
finalidade de garantir melhoria na geometria, disponibilidade para todas as 
regiões do globo, integridade e confiança aos usuários
�1a ETAPA: geração GNSS-1 : ampliação dos sistemas GPS e GLONAS
�2a ETAPA: geração GNSS-2 : bloco IIF do GPS e GALILEO
SIRGAS2000
� Elipsóide GRS80 - elipsóide geocêntrico 
�Datum global
� permite representar totalidade da superfície terrestre ou hemisfério
�Distância máxima elipsóide – geóide 30 m
O SISTEMA GPS (Global Positioning System)
� GPS: Departamento de Defesa (DOD) dos Estados Unidos
� 1o satélite: 1978
� Uso Civil: 1982
� Operacional a partir de 1995
Segmentos GPS: 
espacial, controle e de usuários
Segmento Espacial
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Princípio Básico de Funcionamento do Sistema
� transmissão de sinais eletrônicos pelos satélites - ondas eletromagnéticas
� Captação por receptores � Intervalo de tempo (T): Determinado 
– tempo gasto para percorrer distância 
Dist. Sat-recep.: V xT V: Velocidade da Luz
COORDENADAS DA 
POSIÇÃO DO 
RECEPTOR
Princípio Básico de Funcionamento do Sistema
COORDENADAS DA POSIÇÃO DO RECEPTOR
Princípio Básico de Funcionamento do Sistema
COORDENADAS DA POSIÇÃO DO RECEPTOR
Princípio Básico de Funcionamento do Sistema
COORDENADAS DA POSIÇÃO DO RECEPTOR
Princípio Básico de Funcionamento do Sistema
Geometria dos satélites: PDOP (diluição da precisão)
Princípio Básico de Funcionamento do Sistema
Geometria dos satélites: PDOP (diluição da precisão)
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Estrutura do Sinal GPS
� Freqüência fundamental (fo)= 10,23 MHz - osciladores atômicos de Cêsio
Cada satélite GPS transmite duas freqüência:
L1 = 154 x fo =1575,42 Mhz (λλλλ = 19,05 cm)
L2 = 120 x fo =1227,60 Mhz (λλλλ = 24,45 cm)
� Portadoras: moduladas em fases (função degrau) - distinção entre cossenoidal e 
senoidal
� L1 e L2: moduladas por três códigos - Código C/A, P e D
� L2 : Códigos P e D
- código de acesso livre ou civil
- único para cada satélite
-modulado somente para L1
- provê a base do cálculo da pseudo-distância para o SPS (Standard 
Positioning Service)
- é o mais afetado pela disponibilidade seletiva (S/A) e erro de oscilador
CÓDIGO C/A
Disponibilidade seletiva (S/A): desativada em 1o maio de 2000
-código de efemérides, navegação e correções
- modulado por L1 e L2
- dados em baixa freqüência (50 Hz): condições operacionais e a posição de 
todos os satélites que compõem a constelação.
Tempo GPS do satélite
Dados orbitais do satélite (efemérides)
Dados da “saúde” do satélite
Dados de correção ionóferica
CÓDIGO P
CÓDIGO D
- Código preciso
-Quando encriptado transforma-se em código Y
- Mais preciso mesmo quando disponibilidade seletiva ativa (erro < 10m)
- Permite posicionamente através do PPS (Precise Positioning Service)
- Uso militar
Características dos Sinais GPS
� Fase do Código C/A: navegação
Tipos de Medições
Características dos Sinais GPS
� Fase das portadoras L1 e L2: trabalhos topograficos e 
geodésicos 
Tipos de Medições
Características dos Sinais GPS
SEGMENTO DE CONTROLE
Estação Mestra
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Características dos Sinais GPS
SEGMENTO USUÁRIO
� Usuário: civil X militar
� Receptor GPS
� Método empregado
Segmento Usuário
� Atuais: código como fase portadora
Receptores GPS
Classificação dos Receptores GPS (Segantine, 1998)
(1) Número de freqüências: 
� simples: L1
� dupla: L1 e L2
(2) Número de canais
� monocanais
� multicanais
(3) Tipos de canais
� seqüenciais
�multiplexados
(4) Tipo de sinal
� código C/A - navegação
Segmento Usuário
� Atuais: código como fase portadora
Receptores GPS
Classificação dos Receptores GPS (Segantine, 1998)
(1) Número de freqüências: 
� simples: L1
� dupla: L1 e L2
(2) Número de canais
� monocanais
� multicanais
(3) Tipos de canais
� seqüenciais
�multiplexados
(4) Tipo de sinal
� código C/A - navegação
� Portadoras L1 e L2 e código C/A: 
trabalhos geodésicos de precisão
Segmento Usuário
PRECISÃO MAIOR IGUAL 10 METROS
� baixo custo
� navegação em geral
� algumas aplicações de SIG que não exigem grandes precisões
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
Segmento Usuário
PRECISÃO MAIOR IGUAL 10 METROS
� baixo custo
� navegação em geral
� algumas aplicações de SIG que não exigem grandes precisões
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
Geoprocessamento
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Geoprocessamento
Segmento Usuário
PRECISÃO DE 2 A 5 METROS
�receptores de uma freqüência (L1 e código C/A) p
�permitem aplicações em DGPS
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
Semelhantes aos de navegação, diferindo-se por possuírem um link de rádio, 
utilizado para receber as correções diferenciais provenientes de uma 
estação base.
Fonte: www.prc68.com
Segmento Usuário
PRECISÃO DE 2 A 5 METROS
�receptores de uma freqüência (L1 e código C/A) p
�permitem aplicações em DGPS
�são ideais para aplicações em SIG: monitoramento de florestas, gerência
de fazendas, monitoramento ambiental,monitoramento de veículos
etc).
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
Segmento Usuário
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
� receptores de uma freqüência (L1 com medições de fase) que filtram a fase do 
código sem resolver as ambigüidades. 
� Dependendo do tempo de observação pode oferecer precisão de 30cm e 10cm 
para 5 a 20 minutos de coleta.
Segmento Usuário
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
GPS geodésicoGPS topográfico
erros ao redor de 0,01 m. erros ao redor de 0,001 m.
Segmento Usuário
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
�Úteis em SIG, agricultura de precisão, controle de mineração etc.
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Segmento Usuário
Precisão dos Equipamentos (Segantine, 2000)
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
�Úteis em SIG, agricultura de precisão, controle de mineração etc.
Segmento Usuário
Métodos de posicionamento com GPS
Posicionamento: posição de objetos relativos 
a um dado referencial
Segmento Usuário
Métodos de posicionamento com GPS
Posicionamento: posição de objetos relativos 
a um dado referencial
� Posicionamento absoluto: referencial é o centro da Terra (geocentro)
� Posicionamento relativo ou diferencial: referencial é um ponto materializado de 
coordenadas previamente conhecidas
�Posicionamento estático: quando o objeto a ser posicionado está em repouso
�Posicionamento cinemático: quando o objeto está em movimento.
Segmento Usuário
Métodos de posicionamento com GPS
obtido pelos códigos de pseudo-distâncias 
C/A e P
Dist. Sat-recep.: V xT
� Posicionamento absoluto: referencial é o centro da Terra (geocentro)
Segmento Usuário
Métodos de posicionamento com GPS
�Posicionamento relativo ou diferencial: 
referencial é um ponto materializado de 
coordenadas previamente conhecidas
Segmento Usuário
DGPS (Correção Diferencial)
é aquele em que posições absolutas, obtidas por um receptor móvel, são corrigidas por
um outro receptor fixo e/ou estação de referência, estacionado num ponto de
coordenadas de referência. Ambas peguem mesmo satélite. Pode usar dados da RBMC
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Segmento Usuário
DGPS (Correção Diferencial)
� correção em tempo real ou 
pós-processamento
� Base com coordenadas 
conhecidas: marcos
� Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo 
(RBMC) - IBGE/USP
DGPS (Correção Diferencial)
� Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo 
(RBMC) - IBGE/USP
� SAD69 - Elipsóide Internacional 1969
� SIRGAS2000
Segmento Usuário
Exemplos de técnicas de posicionamento
• estático: base e remoto estacionam em seus pontos por um período de tempo
(30min a 4 horas)
• Cinemático:permite movimentação do receptor móvel mas antes calcula base line
com precisão de 5 cm de desvio padrão.
Segmento Usuário
Tipos de Erros GPS
� Multicaminhamento 
Segmento Usuário
Tipos de Erros GPS
� Multicaminhamento 
� PDOP
Segmento Usuário
Tipos de Erros GPS
� Multicaminhamento 
� PDOP
� Ruídos do receptor
� Erro de relógio
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Aplicações: áreas agrícola e florestal
� Localização de árvores mortas : 
GPS x trena, clinômetro e bússola (Bergstrom,1990)
� Levantamento de solo:
coordenadas reais dos pontos de amostragem X GPS 
GPS: o posicionamento e navegação no campo
limites entre os diferentes tipos de solo (Long et al.,1992)
Segmento Usuário Precisão dos Equipamentos
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
Segmento Usuário Precisão dos Equipamentos
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
Segmento Usuário Precisão dos Equipamentos
PRECISÃO MENOR QUE 1 METRO
GLONASS
� Sistema Russo similar ao GPS: anos 70
Parâmetros GLONASS GPS
Número de satélites 24 24
Orbitas 3 6
Inclinação da orbita 64,8o 55o
Altitude orbita 19.100 km 20.100km
Precisão instantânea num serviço similar ao SPS do GPS é da ordem de 50 a 60 m com a 
probabilidade de 99,7% do tempo
GALILEO
� Sistema da União Européia: 1998/1999
� Operação em 2008
Parâmetros GALILEO GPS
Número de satélites 30 24
Orbitas 4 6
Inclinação da orbita 65o 55o
Altitude orbita 19.100 km 20.100km
� Segmentos de controle, espacial e de serviços
� Controle: 2 centros e 30 estações de monitoramento
� Precisões da ordem de 4 m (horizontal) e 8m (vertical) com 95% de confiança.
�Os receptores apresentarão processamento digital dos sinais
�Alguns serviços poderão ser cobrados.
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Trabalho 
� Descrição geral dos sistemas GLONASS, GALILEO e COMPASS 
envolvendo os segmentos de controle, espacial e usuário ou similares
�Situação atual destes sistemas – operação, número de satélites em 
orbita etc
� Qual a situação dos receptores? Eles estão na atualidade 
preparados para receber estes sistemas? Qual o sistema mais 
comumente empregado nos receptores?