GNSS –SISTEMA GLOBAL DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE

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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
GNSS – SISTEMA GLOBAL DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE
ALIAN ROGES
FRANCESCOLLI ANTONIETTI
HERRISON SAILOR RIBEIRO
JENNIFER DLUGOKENSKI
GUSTAVO CALZA
MATEUS BERTUOL MARTINS
MICHEL CAVALHEIRO
PAULO OLDONI
ROBERTO FABIANI
TÁSSIA CRISTINA BERTANI
VINICIUS MATIAS FAGUNDES
BÚSSOLA
• Inventada pelos chineses,
que proporcionou uma grande
revolução na navegação. Mas
ainda havia um problema.
Como determinar a posição de
uma embarcação em alto-
mar?
ASTROLÁBIO
• Para observar e
determinar a altura do Sol e
das estrelas e medir a latitude
do lugar onde se encontra o
observador sujeita a uma
grande margem de erro. E só
podia ser utilizado a noite,
desde que houvesse boa
visibilidade.
QUADRANTE DE DAVIS
• Em 1590, John Davis
inventou o quadrante náutico
ou quadrante de Davis.
• O quadrante náutico,
ou quadrante de Davis,
marcou um grande avanço.
Para o uso desse instrumento,
o navegante dava as costas
para o Sol e alinhava sua
sombra com o horizonte.
Sextante
• O Sextante é um
instrumento utilizado para
calcular o posicionamento
global na navegação estimada,
mas serve também para o
cálculo de distância com base
no tamanho aparente de
objetos.
O INÍCIO DA ERA ESPACIAL
• A era espacial iniciou-
se em 04 de outubro de 1957
com o lançamento do primeiro
satélite artificial Sputnik-1, pela
União Soviética. Pela primeira
vez um objeto partia da Terra
para adentrar o espaço livre.
Com este lançamento surge a
concepção da navegação
utilizando os sinais de rádio
enviados por satélites.
TRANSIT
• O primeiro desses
sistemas de satélites foi o
Transit Navigation Satellite
System -TRANSIT. Desde
1964, ele foi instituído para a
navegação marítima ,
composto de cinco satélites
artificias de órbita polar; o
qual atualmente encontra-se
inoperacional.
• A Componente Espacial de
um Sistema Global de Posicionamento
e de Navegação por Satélite, é
constituída por 24 satélites, distribuídos
em 6 órbitas planas.
• Os satélites estão a cerca
de 20.200 Km em relação ao plano do
equador.
• Levam cerca de 11h58min
para completar uma revolução em
torno da terra.
• A constelação atual garante
a cobertura bidimensional, isto é, a
todo o instante, em qualquer lugar da
superfície terrestre, pelo menos três
satélites são observados.
• Atualmente há dois sistemas operacionais: o GPS
(Global Positioning System) pertencente ao sector militar
dos Estados Unidos, completo e totalmente operacional e o
GLONASS (GLObaluaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya
Sistema) sistema militar de Federação Russa , incompleto.
INTRODUÇÃO AO GPS
Em 1973, o JPO (Joint Program
Office), órgão subordinado ao comando
da divisão de sistemas espaciais da força
aérea americana, recebeu a missão do
departamento de defesa de estabelecer,
desenvolver e empregar um sistema de
posicionamento espacial para aplicações
militares.
Devido ao alto custo do projeto e a
sua excelência para aplicações civis
(geodésia, navegação, etc.), o congresso
americano, com o apoio do presidente
americano, pressionou o Pentágono a
abrir o sistema para uso civil e de outros
países. O primeiro receptor foi testado em
1982.
O Sistema de Posicionamento Global
é composto por 24 satélites distribuídos
em seis planos orbitais.
Orientação pelas estrelas. Orientação pela sombra.
Rosa-dos-ventos. Bússola.
Proposta de atualização do GLONASS até 2021.
Três segmentos que formam o GPS. Órbitas e rotas do Galileo.
Satélites que integra o sistema chinês (COMPASS).
• Foi criado para fins militares pela URSS;
• O desenvolvimento do sistema foi iniciado em 1976;
• Tornou completamente operacional em Dezembro de 2011;
• Primeiro satélite lançado em 1982;
• Em 1988, a URSS ofereceu uso livre dos sinais GLONASS;
• Em 1900/1991 10-12 satélites estavam em operação;
• Primeira década do século XXI, modernização do sistema 
GLONASS;
• Em 2003 foi lançado segunda geração chamada 
GLONASS-M;
GLONASS-M
• Em 2011 foi lançado a terceira geração chamada 
GLONASS-K;
• Hoje consta 24 satélites ativos e 3 de reserva em órbita;
COMPARAÇÃO
• Abaixo um comparativo entre os satélites do GLONASS (D) 
e do GPS (E):
• Satélite GLONASS estão distribuídos em três planos 
orbitais;
• Altitude dos satélites 19.100 km;
• Velocidade 11.265 km/h;
• Dividida em duas frequências:
L1 - 1575,42 MHz
L2 - 1227,60 MHz
IMAGENS SATÉLITES GLONASS
INTRODUÇÃO AO GALILEO
• Depois de completo, o sistema deve contar com um
total de 30 satélites em órbita (frente aos 24 do GPS) e
deverá prestar serviços de localização primariamente
ao meio civil de qualquer país, sem qualquer limitação
de precisão de sinal.
• (27 + 3 sobressalentes operacionais)
• Para que a chance de colisão entre os satélites do
Galileo e do GPS seja nula, os aparelhos do novo
sistema orbitarão a 23.222 quilômetros de altura,
latitudes próximas aos polos, acima dos 75
graus(contra os 24 mil quilômetros do GPS).
• Três órbitas diferentes, distantes 120 graus uma da
outra, tendo cada uma dez aparelhos.
COLABORADORES
• Além da Europa no ano de 2003, sete novos
participantes aderiram ao projeto: Ucrânia, China, Israel,
Índia, Marrocos, Arábia Saudita e Coreia do Sul.
• São três os órgãos responsáveis pela criação e
desenvolvimento do Galileo. A Galileo Industries, criada
da fusão de quatro outras empresas, é o principal deles.
A EADS Space, grande corporação aeroespacial
europeia, e a ESA, Agência Espacial Europeia, na
manutenção e coordenação do sistema.
TIPOS DE SERVIÇO
•SOL – Safety of Life Service
•OS – Open Service
•CS – Comercial Service
•PRS – Public Regulated Service
SOL- Safety of Life Service
SOL – SAFETY OF LIFE SERVICE
SOL – Safety of Life Service
SOL – Safety of Life Service
OS – Open Service
OS – Open Service
OS – Open Service
OS – Open Service
CS – Comercial Service
CS – Comercial Service
CS – Comercial Service
PRS – Public Regulated Service
PRS – Public Regulated Service
PRS – Public Regulated Service
Vantagens 
e 
Desvantagens
•Controle Civil dos Satélites
•Precisão da localização
•As órbitas e rotas
Posicionamento Híbrido
Pra Quando?
COMPASS OU BEIDOU-2.0 
• História. O inicio Beidou 1.0:
O desenvolvimento do sistema Beidou foi iniciado em 1983.
Em 1989 utilizando dois satélites de comunicações DFH-2/2ª
Em 1993, o programa Beidou foi oficialmente iniciado
Em 2000 dava-se o lançamento dos satélites experimentais 
da série e a constelação final 
Aprovou o plano final em Janeiro de 2003.O financiamento 
por parte do Ministério da Ciência e Tecnologia da China.
Em2006. O sistema operacional Beidou-2 
• Beidou 2.0 (Compass) Atualidade. 
Significado
Operação do sistema atualmente. 
Área de atuação
Civil
Militar 
Existe a necessidade de mais um 
sistema GNSS?
• O sistema NAVSTAR, acrônimo
do inglês NAVigation Satellite with
Time And Ranging, ou apenas
GPS, acrônimo do inglês Global
Positioning System, é um sistema
criado pelo Departamento de
Defesa dos Estados Unidos para
atender a necessidade de precisão
do posicionamento para o uso
militar.
NAVSTAR-GPS
O objetivo do sistema é a
determinação instantânea de posição,
velocidade e tempo de um usuário, em
qualquer lugar da terra ou próximo a
esta, independentemente das
condições atmosféricas, em um
referencial global e homogêneo, com
base em medidas e distâncias. Essas
distâncias são denominadas
pseudodistâncias.
O projeto GPS foi desenvolvido em
1973 e concebido para inicialmente
conter 24 satélites,estando
completamente operacional em 1994.
Já em 2005 o sistema operava com 29
satélites e no meio de 2007 com 30
satélites, hoje já se estima uma
quantidade maior, sendo alguns já
substituídos.
A determinação da posição do
receptor GPS é feita utilizando o
princípio da triangulação, onde são
determinadas as distâncias entre o
receptor e os satélites, sendo
necessários para isto três satélites.
Um quarto satélite é imprescindível
no cálculo do posicionamento, este
serve para corrigir o erro na medida
de tempo entre o relógio do receptor
e do satélite, já que os satélites
utilizam relógios mais sofisticados
que os receptores. Faz-se também o
uso das medidas de fase de
batimento da onda, que permite obter
posições com alto nível de acurácia.
O GPS é composto de três segmentos: 
espacial, controle e usuário.
Segmento Espacial: Consiste de
no mínimo 24 satélites MEO (Medium
Earth Orbits), distribuídos em 6
planos orbitais igualmente
espaçados, com 4 satélites em cada
plano, em uma altitude de
aproximadamente 20.200 km,
inclinados 55º em relação ao
Equador, com período orbital de
aproximadamente 12 horas. Essa
configuração garante ao usuário do
sistema receber o sinal de pelo
menos 4 satélites em qualquer local
da superfície da Terra ou próxima a
ela.
Na concepção original, quatro tipos de
satélites fizeram parte do projeto
NAVSTAR-GPS. Eles são denominados
satélites do Bloco I, II, IIA e IIR.
Bloco I: foram protótipos, e todos os onze
foram lançados. O último satélite desse
bloco foi desativado em 1995.
Blocos II E IIA: compostos por 28
satélites, correspondem a primeira e
segunda geração. O primeiro satélite
desse bloco pesava 1.500kg e teve custo
estimado em 50 milhões de dólares em
1997.
Bloco IIR: a terceira geração, constituindo
22 satélites. Com maior capacidade de
processamento de distâncias, ondas e
cálculos transmite informações entre
salélites para o sistema de controle na
terra.
Segmento de Controlo: Constituído por 5 estações terrestres que enviam
informação aos satélites. Equipadas com osciladores externos de alta precisão
e e receptores de dupla frequência, controlam a posição e velocidade, acertam
os seus relógios, de forma a que o tempo marcado em ambos seja equitativo. A
composição da atmosfera, na ionosfera e na troposfera, altera a velocidade de
propagação das ondas electromagnéticas o que produz erros no sistema, cabe
a estas estações controlar ao máximo o erro.
Segmento de Usuários: Este
segmento é formado pela comunidade
de usuários e pelos receptores GPS
(GPS receivers), os quais devem ser
apropriados para os propósitos a que se
destinam, como navegação, geodesia,
agricultura ou outra atividade. A
categoria de usuários pode ser dividida
em civil e militar. O receptor GPS é um equipamento
que converte sinais de rádio vindos dos
satélites para determinar a posição
geográfica (latitude, longitude e altitude)
de um ponto no globo terrestre,
orientando qualquer tipo de navegação.
Variam de tamanho, modelo, e
qualidade, de acordo com cada
fabricante.
Sistema de tempo
Mede essencialmente o intervalo de tempo da
programação do sinal;
Importante uma definição precisa de tempo envolvendo:
• Instante: representa quando determinado evento
ocorreu;
• Época: é o instante de ocorrência de um evento tomado
como origem da contagem do tempo;
• Intervalo: é o tempo decorrido entre dois instantes
Algumas definições de tempo
TU (Tempo Universal)
- Baseado no dia solar.
TAI (tempo atômico Internacional)
- Baseado em relógios atômicos mantidos por diversas
instituições;
- Não se mantém sincronizado com o Tu, pois a rotação
da Terra não é uniforme.
UTC (Tempo Universal coordenado)
- Segue o TAI, mas é periodicamente incrementado por
saltos de segundos.
 Em cada satélite existem 04 relógios atômicos, sendo:
02 de Césio (Cs)
02 de Rubídio (Rb).
O sistema de tempo usado pelo sistema
NAVSTAR/GPS, leva em consideração:
• Tempo de rotação da Terra;
• A dinâmica terrestre;
• Tempo atômico.
Tempo GPS
Os sinais de tempo transmitidos pelos satélites GPS
são sincronizados com os relógios atômicos de estação de
controle
Tempo GPS
- Iniciou-se em:
6 de janeiro de 1980, às 00h UTC (ciclo 0)
- Reiniciou
22 de agosto de 1999 , às 00h UTC (ciclo 1)
Representado
Ciclo = 1
Número da semana GPS = 0599 (varia de 0 a 1.023)
Segundo da semana = 0 a 604.800
Lógica de um GPS
Constelação
• O sistema foi declarado totalmente
operacional apenas em 27 de abril de 1995. Seu
desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares.
Consiste numa "constelação" de 24 satélites.
Os satélites GPS, construídos pela empresa
Rockwell, foram lançados entre Fevereiro de
1978 (Bloco I) e 6 de novembro de 1985
Cada um circula a Terra duas vezes por dia a
uma altitude de 20.200 quilômetros e a uma
velocidade de 11.265 km/h, de modo que, a
qualquer momento, pelo menos 4 deles estejam
“visíveis” de qualquer ponto da Terra. Os satélites
têm a bordo um relógio atômico e com informação
adicional como os elementos orbitais de
movimento, tal como determinado por um conjunto
de estações de observação terrestres.
Exemplo da órbita dos Satélites GPS
Comparação das rotações do planeta 
com o Satélites GPS
O receptor não necessita de ter um relógio de
tão grande precisão, mas sim de um
suficientemente estável. O receptor capta os
sinais de quatro satélites para determinar as suas
próprias coordenadas, e ainda o tempo. Então, o
receptor calcula a distância a cada um dos quatro
satélites pelo intervalo de tempo entre o instante
local e o instante em que os sinais foram enviados
(esta distância é chamada pseudodistância).
SISTEMA DE REFERÊNCIA 
• O sistema de referência do GPS , quando se
utilizam de efemérides transmitidas, é o WGS 84.
Desta forma, quando um levantamento é
efetuado utilizando o GPS , as coordenadas dos
pontos envolvidos serão obtidas nesse sistema
de referência.
• Sua origem é o centro de massa da Terra,
com os eixos cartesianos X, Y e Z idênticos aos
do CTRS, para a época 1984. O elipsoide de
referência é o GRS 80, um elipsoide de
revolução geocêntrico.
• Com o refinamento do WGS 84, alguns
parâmetros relacionados a esse sistema
sofreram alterações. O novo valor foi
implementado no sistema operacional do
GPS em outubro de 1994, melhorando,
portanto, a qualidade das coordenadas
cartesianas dos satélites
SIRGAS 2000
Estação da realização do sirgas
Coordenada geocêntrica 
Transformação de coordenadas
Transformação de coordenadas
• Transformação de coordenadas de outros sistemas 
geodésicos para o sirgas 2000
Diferença entre o SIRGAS e o SAD 
SISTEMA GEOIDAL BRASILEIRO
•O que é o Geóide:
● O geóide serve para definir a forma da terra e assim 
dar forma ao elipsoide.
● Devemos considerar que a terra possui pequenas 
ondulações em sua forma, ou seja, não possui forma 
elipsoidal perfeita, mas sim a de um geóide.
● Essas ondulações ficam em torno de +/- 30m, sendo 
valor máximo de +/- 100m em relação ao elipsóide
referência.
● Elas correspondem à superfície do nível médio do 
mar.
Representação gráfica das ondulações do 
geoide.
● H =altitude ortométrica
● h = altitude elipsoidal
● N = ondulação do geóide
● Os pontos geodésicos foram calculados através da equação: H = h - N
● Através de um ponto localizado na superfície física, podemos calcular a
altitude ortométrica (H), que é a altura entre a superfície física e o geóide
(nível do mar), e assim obter as coordenadas geodésicas.
● O valor da ondulaçãodo geóide (em coordenadas em Sirgas 2000) obtém-se
através do programa MAPGEO 2010, criado pela Coordenação de Geodésia
do IBGE.
●
Sistema Geoidal Brasileiro (SGB)
● É definido a partir de um conjunto de pontos geodésicos 
implantados na superfície terrestre delimitada pela fronteira do país.
● É constituído por cerca de 70.000 estações implantadas pelo IBGE 
em todo Território Brasileiro, divididas em dois componentes:
● Datum planimétrico (horizontal): utiliza pontos de referência em 
coordenadas SIRGAS 2000.
● Datum altimétrico (vertical): superfície formada pelo nível médio do 
mar, definido através de um marégrafo estável, a partir de longos 
períodos de observação para estabelecer a altitude zero. No Brasil o 
mais utilizado é o Datum Marégrafo de Ibituba (SC).
Aplicações em projetos de engenharia:
●Barragens
●Pontes
●Fabricas
Cuidados:
● Utilizar dois DATUM diferentes prejudica o andamento 
do projeto, como o apresentado a baixo em que a 
construção da ponte foi efetuada por duas frente de 
serviço e cada uma utilizando diferentes DATUM.
● Se as equipes tivessem utilizado o mesmo DATUM 
teriam de encontrado.
FONTES
● http://www.fc.up.pt/lic_eg/pns.html
● http://www.brasilescola.com/geografia/gpssistema-posicionamento-global.htm
●
● http://ojs.c3sl.ufpr.br/ojs/index.php/bcg/article/viewFile/1419/1173
● http://www.revistabw.com.br/revistabw/introducao-ao-sistema-glonass/
●
● http://canaltech.com.br/o-que-e/curiosidades/O-que-e-Compass-ou-Beidou-
2/#ixzz3nq6C8QZt
●
● http://sites.poli.usp.br/ptr/ptr/site-ant/Cursos/SIG_GPS/gps/ntc03p10.htm
●
● http://www.vaztolentino.com.br/conteudo/562-TECNOLOGIA-GPS-SEGMENTO-
ESPACIAL-SEGMENTO-DE-CONTROLE-SEGMENTO-DO-USUaRIO
●
● http://www.ufrrj.br/lga/tiagomarino/aulas/7%20-%20GPS.pdf
●
● http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/calculo_do_modelo.shtm