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Partes dessa apresentação foram retiradas, integralmente, de uma exposição do Profº Rovane França, através de consulta via internet Segmento de Controle Estação Master (Colorado Springs) Estações de Monitoramento Diego Garcia Hawaii Ascension Is. Kwajalein Segmento Espacial Segmento do Usuário Funcionamento do sistema � Receptores � Algoritmos � Softwares Funcionamento do sistema Segmento do Usuário - Compreende o conjunto de usuários civis e militares do sistema GPS, incluindo : - Onda Eletromagnética - 3 freqüências portadoras � L1 - 1575,42 MHz – λ=19,05cm (λ=c/f) - Código C/A (Coarse/Acquisition): Código civil, dura 1ms, 1023MHz - P (Precise Code): Código militar, dura 7dias, 10,23MHz, criptografado para evitar sabotagem (AS - Anti-Spoofing) criando o código Y � L2 - 1227,60 MHz – λ=24,45cm (λ=c/f); - Somente código P L2c – Código civil na frequência L2, com função de reforçar o sinal GPS; L5 – Frequência com finalidade de melhorar a inicialização do rastreamento. Estrutura dos Sinais λ Os receptores do sistema GPS fornecem dados com referência ao elipsóide GRS80/WGS84 e descrevem órbitas elípticas. O foco da elípse está no Centro de Massa da Terra. SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL Os satélites do sistema GPS emitem sinais de rádio codificados. Técnicas de Levantamento ESTÁTICAS DINÂMICAS . Posicionamento Absoluto(“isolado”) . Posicionamento Relativo . Cinemático Contínuo pós-processado e Tempo Real . Stop and Go Posicionamentos GPS - Observações com 1 receptor que se utiliza apenas do código C/A (+/-15m) - Utilizado em posicionamentos de baixa precisão e para navegação aérea, terrestre e marítima ; Posicionamentos Autônomos/Isolados - Observações com 1 receptor com dados das portadoras L1/L2 (+/- 2cm) - Levantamentos de Alta Precisão para engenharia e pesquisa: Posicionamento por Ponto Preciso (PPP). Observações instantâneas com observações de pelo menos 4 satélites Posicionamento Estático Autônomo Posicionamentos Autônomos/Isolado - Posicionamento por Ponto Preciso (PPP). Posicionamentos Autônomos/Isolado Receptor Itinerante Receptor_BaseLinha Base Posicionamentos GPS Posicionamento Estático Relativo: - Medição de fase da portadora (+/-3mm) - Vetor Diferencial a partir de um ponto base Levantamento Estático Relativo . Aplicação em Geodésia para estudos científicos e Engenharia; . Tempo de ocupação entre alguns minutos e várias horas; . Para maiores precisões necessita de receptores de duas frequências (L1/L2); . Receptores de custo variando entre R$ 35.000,00 a R$ 120.000,00; . Utiliza-se de dois ou mais receptores; Posicionamentos GPS Posicionamento Relativo Dinâmico: cinemático e stop and go Posicionamento Cinemático em Tempo Real (RTK) Processamento em Tempo Real: Precisão das Técnicas de Observação Precisão do Posicionamento Relativo Satélites Geoestacionários recebem correções de bases terrestres e enviam para os receptores dos usuários. Esta técnica é conhecida como Aumento dos sinais. Aumentos Correções via Satélite - WAAS (Wide Area Augmentation System) - Mantida pelo Governo dos EUA - Cobertura somente nos EUA e Canadá - Precisão de 3m - Somente GPS - Serviço 100% gratuito; - EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) - Mantido pela Agência Espacial Européia - Cobertura somente na Europa - 3 satélites sobre a Europa - Precisão de até 1m - 30 estações em 21 países - 4 centros de controle - GPS, Glonass e Galileu - Serviço 100% gratuito. Fatores que Afetam a Precisão das observações • Geometria dos Satélites: “Se um receptor GPS estiver localizado sob 04 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre” • Interferência resultante da reflexão do sinal em algum objeto: “Falha no sinal GPS devido a edificações, vegetação densa, áreas fechadas (obstruções em geral)” • Efeitos atmosféricos e alterações do relógio interno: “Em ambos os casos, o receptor GPS é projetado para compensar os efeitos” • Boa geometria implica em baixo valor de DOP’s Geometria dos Satélites Fatores que Afetam a Precisão das observações • Má geometria implica em altos valores de DOP’s Sat 1 Geometria dos Satélites Fatores que Afetam a Precisão das observações •Reflexão do sinal em algum objeto: Fatores que Afetam a Precisão das observações - Multi-caminhamento � É a reflexão provocada por superfícies próximas das antenas � Muitos receptores identificam o multi-caminhamento pela deformação do sinal - Prédios, casas, muros, postes, e outros obstáculos sólidos, merecem atenção Fatores que Afetam a Precisão das observações 2 Funcionamento do sistema 2.6 Principais Erros do Sistema GPS 2 Funcionamento do sistema 2.6 Principais Erros do Sistema GPS 3. Erros nas Observáveis “Efeitos causados no posicionamento e as formas de correção que podem ser aplicadas para diminuir seus efeitos no resultado final.” Tipos de Receptores Navegação Destinado à navegação terrestre, marítima e aérea, bem como a levantamentos com precisão de ordem métrica. Na maioria dos casos, as observações utilizadas são as pseudodistâncias derivadas do código C/A, embora alguns programas permitam extrair as observações de pseudodistância e da fase da onda portadora para posterior processamento; (IBGE) Topográfico Proporcionam posicionamento preciso quando utilizados em conjunto com um ou mais receptores localizados em estações de referência, mas sua utilização fica restrita a uma área compreendida dentro de um círculo de raio de aproximadamente 10 km, sendo normalmente utilizado na topografia. Estes receptores são capazes de rastrear a fase da onda portadora L1 e o código C/A;(IBGE) Tipos de Receptores Geodésico Receptores capazes de rastrear a fase da onda portadora nas duas freqüências. Isso possibilita a sua utilização em linhas de base maiores que 10 km, pois é possível modelar a maior parte da refração ionosférica a partir do uso da combinação linear livre da ionosfera (ion free) durante o processamento dos dados. Normalmente estes receptores são utilizados na geodésia. (IBGE) 5 Tipos de Receptores 5.2 GIS 5.1 Navegação 5.3 Mapeamento RECEPTORES GEODéSICOS • GPS L1/L2, Código P, CA; • GLONASS L1, C/A, Código P2-P; • RTK. • Possui 75 canais; 5 Tipos de Receptores Levantamento Estático (rms) • Horizontal: 0,005m + 1ppm • Vertical: 0,010m + 2ppm • Azimute: < 1 arco segundo • Tempo de Observação: de 4 a 40 minutos em função da distância entre os receptores ProMark3 e de outros fatores ambientais. Levantamento Cinemático Contínuo • Horizontal: 0,012 m + 2,5 ppm • Vertical: 0,015 m + 2,5 ppm • Taxa de gravação recomendada de 1 a 2 seg. Levantamento Cinemático Stop & Go • Horizontal: 0,012 m + 2,5 ppm • Vertical: 0,015 m + 2,5 ppm • Precisões dependentes do comprimento da linha de base, taxa de gravação e tempo de ocupação de 15 a 60 s. Receptores GPS de Navegação/Recreação Aplicações do Sistema � Levantamentos Geodésicos � Levantamentos Topográficos � Mapeamento � SIG � Geodinâmica � Monitoramento de Veículos � Navegação Terrestre, Marítima e Aérea � Orientação de Máquinas na Agricultura de Precisão. Futuro do GPS Futuro do Segmento de Controle: - Eliminação definitiva da S/A - Criação da S/D (Selective Denial), poderá impedir o uso do sinal num determinado local - Inclusão de departamentos civís Norte-Americanos no sistema - Ampliação de estações de monitoramento - Ampliação das estações de correção (WASS, EGNOS, etc). Futuro do GPS Futuro do SegmentoEspacial: - Novos lançamentos em breve, pois 17 satélites tem mais de 11 anos - Os novos satélites serão desenvolvidos por uma tecnologia muito moderna (atualmente) se comparados com os que ainda estão em órbita há anos e desenvolvidos a cerca de 30 anos; - Introdução do código Civil na L2 (L2c); - Introdução da frequência L5 (1167,45Mhz); - Criação de um novo código militar. Futuro do GPS Futuro do Segmento do Usuário: - Equipamentos compatíveis com vários sistema (GPS, Galileo, Glonass); - Softwares que conseguem resolver ambigüidades mais rapidamente e eliminar multi-caminhamentos com mais eficiência; - Softwares que controlarão o tempo ótimo de rastreamento em função da distância da linha base (informado), DOP, nº de satélites, etc.
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