INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS

Apresentação em tema: "INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS"— Transcrição da apresentação:

1 INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS

2 Por que GPS?

3 HISTÓRICO Senso natural de orientação do Homem
Orientação por recursos naturais: Sol, estrelas, acidentes topográficos, ventos...

4 Rosa dos Ventos de 600 AC até sec. XV
Bússola N W E S

5 Observações de satélites artificiais
Iniciada nos anos 60 Navegação e Posicionamento O que ser quer: posição de um ponto

6 Conceitos Básicos Terra 

7 Fundamentos do GPS Sistema TRANSIT
Primeiro sistema de satélites artificiais Objetivo de navegação Idéia básica: localização sobre a Terra Cálculo da posição baseado no Efeito Doppler Desvantagens: longos períodos de observação e baixa precisão

8 Sistema de Posicionamento Global – GPS
NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Time And Rancing) Criado para substituir o TRANSIT Estudos iniciados em 1973 Desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América - DoD Sistema de rádio navegação Concebido para fins exclusivamente militares

9 O GPS foi projetado de forma que em qualquer lugar do globo e a qualquer momento existam pelo menos quatro satélites acima do plano do horizonte do observador.

10 Em razão de sua precisão e do grande desenvolvimento da tecnologia dos receptores, surgiram aplicações para uso civil, tais como: Navegação Geodésia Topografia Sinais de tempo Outros

11 SPS (Standard Positioning Service)
Serviço de Posicionamento Padrão Uso civil 24 horas por dia Em qualquer lugar Componente temporal (data e hora) Coordenadas (lat., long., altitude)

12 SPS Precisão nominal: 95% do tempo
20m componente horizontal 30m componente vertical 95% do tempo Sistema degradado intencionalmente (SA) 100m componente horizontal 156m componente vertical Precisão no posicionamento relativo – 5m à 5mm

13 GPS posição de pontos, coordenadas
TEMPO velocidade direção do deslocamento aceleração

14 Sistema de controle de tempo
Extremamente importante O GPS baseia-se na medida simultânea da distância entre o receptor e pelo menos quatro satélites

15 A distância entre o receptor e os satélites se obtém por meio do atraso temporal, entre o sinal que o satélite emite até o momento em que o sinal é recebido pelo receptor

16 Segmentos do Sistema GPS
Espacial Controle Usuário

17 Segmento Espacial 24 satélites
Altura de km da superfície terrestre 6 planos orbitais Órbitas com 55° de inclinação em relação ao Equador Período de 12 horas siderais Satélites NAVSTAR ou Space Vehicles (SVs)

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19 Segmento de Controle 5 estações rastreadoras fixas
Localizadas nas proximidades da linha do Equador Movimento orbital dos satélites constantemente monitorado Estação mestre – Colorado Springs Correção das efemérides e dos relógios

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21 Segmento do Usuário Constituído pelos receptores GPS e comunidade de usuários. Os receptores convertem os sinais dos satélites (SVs) em estimativas de posições, velocidade e tempo.

22 Sistema de Tempo GPS GPS mede intervalo de tempo de propagação do sinal Tempo GPS – Início 0h de 06/01/80

23 Tempo GPS contado desde o início
número de semanas número de segundos Semanas GPS (GPS Week Number) Varia de 0 – 1023 (aproxim. 20 anos) N° de segundos - contador TOW (Time Of Week – Tempo da Semana ) Varia de 0 –

24 Sinais GPS Satélites GPS são sistemas unidirecionais de emissão
A observação fundamental é a medida do tempo de percurso do sinal entre a antena do satélite e a antena do receptor freqüência fundamental fo de 10,23 Mhz

25 ESTRUTURA DO SINAL GPS

26 CÓDIGOS PRN Pseudo Randon Noise

27 Determinação das Coordenadas

28 Erros das medidas GPS Erros do relógio do satélite Atmosfera
Multitrajetória ou Multicaminhamento Erros de recepção Disponibilidade Seletiva - SA (Selective Avaibility) Anti-spoofing (AS)

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30 Diluição da Precisão (DOP)
HDOP: Para o posicionamento horizontal VDOP: Para o posicionamento vertical TDOP: Para a determinação do tempo PDOP: Para o posicionamento tridimensional. RDOP: Para o posicionamento relativo (relative)

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32 Tipos de receptores GPS
Os receptores + baratos posicionamento em tempo real sem correção baseado somente no código C/A precisão SPS da ordem de 20 m na horizontal e 40 m na vertical Receptores usam para suas soluções a observação da fase da portadora, em vez da pseudodistância são mais precisos e apresentam como resolução comprimento de onda da portadora com valores bem inferiores.

33 Classificação dos Receptores pelo tipo de dado
- Código C/A - Código C/A e portadora L1 - Código C/A e portadoras L1/L2

34 Principais componentes dos receptores GPS
Antena com pré-amplificador; Unidade de alta freqüência para sintonizar os sinais provenientes de diversos satélites, de preferência simultaneamente e com canais independentes; Unidades capacitadoras para receber os códigos dos satélites, para fins de identificação, obtenção das efemérides, sinais de tempo, catálogo, etc;

35 Osciladores internos de alta precisão;
Porta de entrada e saída de dados; Fonte de energia própria, por bateria, e ou externa, via rede domiciliar; Memória residente para armazenamento dos dados de rastreamento. Interface com o usuário, painel de exibição de comandos;

36 Métodos de Posicionamento
Posicionamento por Ponto ou Absoluto Posicionamento Diferencial (DGPS) Posicionamento Relativo

37 Classificação quanto à mobilidade do receptor:
Estático receptores base e remoto ficam estacionados dependendo do comprimento da base a ser medida e da precisão que se quer alcançar

38 Cinemático permite a movimentação do receptor remoto;
período de tempo maior no ponto inicial, visando determinar as ambigüidades; fator restritivo - cycles slips (perda momentânea do sinal de um ou mais satélites)

39 Correção do Posicionamento
Em Tempo Real Pós-processado

40 Redes de Monitoramento Contínuo
Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do Sistema GPS (RBMC – IBGE) Rede INCRA de Bases Comunitárias Rede de Rádio Faróis da Marinha Redes SIGHT e Santiago & Cintra

41 RBMC - IBGE

42 RIBaC - INCRA

43 Rede de Rádios Faróis da Marinha

44 Outros Sistemas de Posicionamento por Satélite
GLONASS GLONASS - GLObal NAvigation Satelitte System Sistema Russo equivalente ao GPS 3 planos orbitais com 8 satélites cada ( 24 satélites) Altura km; período 11:15h Satélites transmitem em freqüências diferentes: L1 = 1602MHz + N MHz L2 = 1246MHz + N MHz (N: canal) SA não implementada

45 TUC GLONASS diferente da TUC GPS
Datum PZ90 (Parametros Zemli 1990)

46 GALILEO GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) União Européia
Controle Civil Compatível com GPS e GLONAS 4 portadoras da Banda L Em fase de desenvolvimento

47 ALGUMAS ORIENTAÇÕES NO USO DO GPS
Os receptores GPS foram concebidos para funcionar quando não existirem barreiras entre os satélites e a antena do receptor Quando existem barreiras entre o receptor e os satélites, há degradação ou interrupções dos sinais.

48 O aparelho a ser utilizado vai depender da precisão necessária para o trabalho
O erro na altitude é 150% maior do que o erro na determinação da latitude e longitude

49 Os receptores utilizam internamente o sistema WGS 84 e podem exportar os dados em diversos outros sistemas. O usuário deve ter o cuidado de registrar os pontos nas coordenadas e DATUM usados no projeto em trabalho. Quando os Estados Unidos ativam o erro SA, a precisão da determinação de pontos absolutos pode chegar a 100m.

50 Na determinação de divisas de propriedades, talhões, canais de irrigação, construções, poços e etc. o posicionamento absoluto não satisfaz às necessidades de precisão, neste caso deve-se utilizar o DGPS Os dados armazenados no receptor podem ser utilizados para alimentar Sistemas de Informações Geográficas ou Mapeamento Digital de forma precisa, rápida e extremamente barata

51 Conhecendo-se as coordenadas de pontos de interesse pode-se preparar uma rota na qual o GPS auxilia o navegador a chegar a diversos lugares. No mundo atual o GPS é utilizado desde grandes trabalhos científicos até momentos de lazer.