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Introdução ao GPS Prof. Dr. Nelson Wellausen Dias.

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1 Introdução ao GPS Prof. Dr. Nelson Wellausen Dias

2 Histórico Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Primeiros estudos começaram na década de Primeiro satélite foi lançado em O sistema só se tornou completo em abril de 1995.

3 Como funciona o sistema GPS Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias São três segmentos Segmento de Controle Segmento espacial Segmento do Usuário Estações de monitoramento Antenas em terra Estação Central

4 6 planos orbitais Inclinação de 55 o em relação ao Equador km de altitude 4 satélites por plano Segmento espacial: constelação de 24 satélites Órbita de 12 horas

5 Resultado: em qualquer lugar do mundo, em qualquer momento haverá no mínimo 4 satélites de GPS “visíveis” ao receptor.

6 Cada satélite tem um relógio atômico (césio) e transmissores de rádio Acurácea do relógio atômico: 1 s a cada anos Gera sinais de rádio em duas freqüências

7 Ondas são moduladas por códigos binários que contém informações de navegação do satélite Sinal leva informações sobre data/horário (relógio) e efemérides do satélite

8 Segmento de controle 5 estações de controle ao redor do mundo, sendo uma delas a principal (Colorado, EUA) Monitoramento dos satélites: efemérides, correção dos relógios, previsão de órbitas, etc

9 Como funciona o sistema GPS Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Atol Kwajalein Comando Espacial EUA Hawai Ilhas Ascenção Diego Garcia Cabo Canaveral Antenna em Terra Estação Central Estação de Monitoramento

10 Como funciona o sistema GPS Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Segmento usuário  Militar  Busca e resgate  Ajuda humanitária em desatres naturais  Levantamentos de campo  Navegação marinha, aeronáutica e terrestre  Controle remote de veículos e robôs  Posicionamento e controle de satélites  Serviços de remessa e entrega de produtos  Sistemas de Informação Geográfica (SIG).  Recreacional

11 GPS: os 3 segmentos Segmento Espacial Segmento de Controle Segmento Usuário

12 Quatro funções básicas do GPS Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Coordenadas e posição Distância e direção entre quaisquer dois pontos Informações sobre o progresso da viagem Medição precisa do tempo

13 Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias A posição é determinada pelo Tempo. T + 3 A distância entre o satélite e o receptor = “3 vezes a velocidade da luz” O sinal deixa o satélite no tempo “T” O sinal é recebido pelo receptor no tempo “T + 3”

14 Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Código de Ruído Pseudo Aleatório (CRPA) CRPA do Receptor CRPA do Satélite Diferença de Tempo

15 Qual é o Tempo Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Horário Zulu Horário Militar (horário local contado em 24 horas) Horário Coordenado Universal Horário Médio de Greenwich Horário Local: AM ou PM (ajustado para o fuso horário local) Horário GPS + 13* * Horário GPS está a frente do UTC em aproximadamente 13 segundos

16 Sinal de UM satélite Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias O receptor está em algum lugar desta esfera.

17 Se o receptor calcula que ele está a X km de um satélite, então sabemos que ele pode estar em qualquer lugar de uma esfera imaginária que tem o satélite por centro e o raio mede x km

18 Sinal de DOIS satélites Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

19 Com um segundo satélite, o receptor calcula duas esferas, uma para cada satélite. Agora sabemos que o receptor está localizado apenas onde as duas superfícies das duas esferas se interceptam

20 A intercepção entre as duas esferas é um anel. Sabemos que o receptor está em algum ponto desse anel.

21 Sinal de TRÊS satélites (2-D) Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

22 Os dois possíveis pontos de intersecção entre as três esferas

23 Sinal de QUATRO satélites (3-D) Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

24 Por que um quarto satélite é utilizado? Embora matematicamente, 3 satélites solucionem o posicionamento do receptor, um quarto satélite é utilizado para refinar o cálculo e evitar erros decorrentes das imprecisões geradas pelo relógio do receptor Se outros satélites estiverem visíveis, eles também são utilizados no cálculo da posição do receptor, refinando ainda mais o posicionamento

25 Disponibilidade Seletiva (S/A) Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias O Departamento de Defesa dos EUA diminuiu a qualidade da mensagem de tempo, reduzindo a precisão (ou melhor, acuracidade) para alguns usuários de GPS. A intensão era evitar que inimigos dos EUA utilizassem essa tecnologia contra eles. Em maio de 2000 o Pentágono reduziu o erro causado pelo S/A para zero metros. Mas os S/A pode ser reativado a qualquer momento.

26 Causas de erros no GPS Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Serviço de Posicionamento Padrão (SPS ): Usuários Civis Fonte Erros (metros) Relógios dos Satélites:1.5 to 3.6 Erros de órbita:< 1 Ionosfera:5.0 to 7.0 Troposfera:0.5 to 0.7 Ruído do receptor:0.3 to 1.5 Multi-caminho:0.6 to 1.2 Erros operacionais (dos usuários):até ou mais Os erros são cumulativos e aumentam com o PDOP.

27 Erros do receptor são cumulativos Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Defeitos do sistema = < 9 metros Erros operacionais = +- 1 km

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30 Fontes de interferência no sinal Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias Atmosfera terrestre Estruturas sólidas Metal Campos eletromagnéticos

31 E X E R C Í C I O


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