NAVSTAR-GPS Segmento de Controle

NAVSTAR-GPS Segmento de Controle
Segmento CONTROLE Principais tarefas Monitorar e controlar continuamente o sistema de satélites Determinar o sistema de tempo GPS Predizer as efemérides dos satélites Calcular as correções dos relógios dos satélites Atualizar periodicamente as mensagens de navegação de cada satélite

Composição Cinco estações monitoras Três delas com antenas para transmissão dos dados Uma estação de controle central (MCS Master Control Station) Pertencem à American Air Force

Estações Cada estação monitora é equipada com Oscilador externo de alta precisão Receptor de dupla frequência Rastreia todos os satélites visíveis Transmite os dados para a MCS Dados são processados na MCS para determinar Órbita dos satélites Correções dos relógios dos satélites Transmissões periódicas das mensagens de navegação (Efemérides) para atualização nos satélites

NAVSTAR-GPS Segmento Usuário
Diretamente associado aos receptores GPS Dividido em duas categorias Civil Militar Atualmente há uma grande quantidade de receptores para as mais diversas áreas

EXPLANAR Receptores GPS Principais componentes
Antena com pré-amplificador Seção de RF para identificação e processamento do sinal Microprocessador para controle do receptor, amostragem e processamento dos dados Oscilador Interface para o usuário, painel de exibição e comandos Provisão de energia Memória para armazenar os dados

Antena Detecta as ondas eletromagnéticas emitidas pelo satélite Converte a onda em corrente elétrica Amplifica o sinal Envia para a parte eletrônica do receptor Deve ter boa sensibilidade

<- EXPLANAR Tipos de antenas Monopole ou dipole Helix Spiral helix
Microstrip Choke ring

Sinais do GPS São muito fracos, tendo aproximadamente a mesma potência que os de TV transmitidos por satélites geoestacionários Sofrem interferência quando passam através da maioria das estruturas Folhagem densa, em particular quando úmida, atenuam o sinal Algumas combinações de antena/receptor são capazes de captar sinais recebidos dentro de casas, janela de veículos e aviões

Seção de RF Conversão dos sinais recebidos para uma frequência mais baixa (FI, frequência intermediária) A FI é mais fácil de ser tratada nas demais partes do receptor Isso é feito com a combinação do sinal recebido pelo receptor com o sinal gerado pelo oscilador Geralmente são de quartzo, melhores que os utilizados nos relógios

EXPLANAR -> Canais No receptor é a sua unidade eletrônica primordial Receptores podem ter um ou mais canais Os canais podem ser Multicanais (canais dedicados) Sequenciais Multiplexados

Multicanais Cada canal rastreia continuamente um dos satélites visíveis Mínimo de quatro canais para posição e correção do relógio em tempo real Mais modernos até doze canais e canais extras para outro sistema

Sequenciais Canal alterna entre os satélites dentro de intervalos regulares Em geral não coincide com a transmissão dos dados Faz com que a mensagem seja recebida completamente depois de várias sequências O receptor necessitará de pelo menos 4 vezes 30 segundos para obter a primeira posição Alguns receptores dispões de um canal dedicado para a leitura das mensagens de navegação Pode ter problemas em operações cinemáticas

Multiplex Sequências são efetuadas entre satélites em velocidade muito alta Razão de troca, na maioria das vezes, sincronizada com a mensagem de navegação Primeira posição em torno de 30 segundos

<- EXPLANAR Receptores com um único canal
São de baixo custo Lentos na aquisição de dados Restritos às aplicações de baixa velocidade Muito empregados no início do desenvolvimento do sistema, até por volta de 1990 Receptores com canal dedicado Mais adotados atualmente Maioria possui de 8 a 12 canais Capacidade de rastrear todos os satélites visíveis

Microprocessador É necessário no controle das operações do receptor Obter e processar o sinal Decodificar a mensagem de navegação Calcular em tempo real Posições Velocidades Outras funções Controle dos dados de entrada e saída Mostrar informações Correções DGPS

<- EXPLANAR Microprocessador
Usa, essencialmente, dados digitais para efetuar suas funções Cada vez mais funções são realizadas por software e não por hardware

Interface com o usuário Display Teclas Remotamente

Memória Os receptores dispõe de memória interna para armazenagem das observações e das efemérides transmitidas Podem ser RAM Cartão de memória Transferir diretamente para o computador

Energia O suprimento de energia foi um fator crítico nos receptores da primeira geração, alto consumo Atualmente são concebido para que tenham um consumo mínimo de energia, menor que 1 Watt

Comunicação Via internet Wireless Bluetooth Celular

Correlação do código Todos os componentes envolvidos no sinal dos satélites são obtidos Leitura do relógio do satélite Mensagens de navegação Portadora sem modulação Necessita-se conhecer o código gerado pelo satélite Não é problema para o código C/A, de domínio público E para o código Y

1ª Fase Pseudodistância gerada partindo do código C/A, P ou L2C

2ª Fase Separa-se o código PRN da portadora Separa-se a mensagem de navegação Sinal resultante é a portadora Afetada pelo efeito Doopler

3ª Fase Portadora Efeito Doppler Oscilador receptor

Correlação do código com quadratura do sinal Nesta técnica o código Y recebido do satélite é correlacionado com uma réplica do código P gerado no receptor Possível em razão do código Y ser resultante da soma dos códigos P e W Como a frequência do código W é 20 vezes menor que a do código Y, sempre ocorrerão partes do código Y que coincidirão com partes do código P A réplica do código P gerada no receptor será deslocada para que ocorra coincidência com a parte do código P presente no código Y do satélite

Correlação cruzada Disponível em alguns receptores Mudam automaticamente quando o AS é ativado Passam da correlação do código para correlação cruzada Baseia-se no fato de que o código Y modulado na portadora L1 é idêntico ao da L2, embora não seja necessariamente conhecido Atraso na ionosfera faz o sinal L1 alcançar a antena do receptor antes do sinal L2

Técnica Z-Tracking Código Y pode ser dividido Codigo P, original Código W, usado na criptografia do código P Supõe-se que o código Y é o mesmo nas portadoras L1 e L2 Tal como na correlação cruzada Conhecimento de que o código W é gerado em frequência bem mais baixa (50 bps), se comparada com o código P

Técnica Z-Tracking Uma réplica do código P é correlacionada com o código Y (P + W) das portadoras L1 e L2 Por meio de técnicas de filtragem de sinal, o código W é estimado e removido do sinal que está sendo recebido Após a eliminação do código W, os sinais se tornam iguais àqueles recebidos quando o AS não está ativado Atualmente, a maioria dos receptores geodésicos emprega a técnica similar à Z-Tracking

A técnica geral aplicada para acessar a portadora, quando o AS não está em operação Correlação do código Como a portadora L2 tem modulado sobre ela apenas o código P, sujeito ao AS, ela deve ser acessada por uma das várias técnicas disponíveis Quadratura do sinal Correlação cruzada Correlação do código com quadratura do sinal Z-tracking (mais recente)

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