GPS - Posicionamento Terrestre por Satélite

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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.