POSICIONAMENTO POR SATÉLITES

Apresentação em tema: "POSICIONAMENTO POR SATÉLITES"— Transcrição da apresentação:

1 POSICIONAMENTO POR SATÉLITES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS HUMANOS UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL POSICIONAMENTO POR SATÉLITES PROF. IANA ALEXANDRA

2 SUMÁRIO 1. HISTÓRICO 2. COMPONENTES DO GPS 3. COMO FUNCIONA O GPS?
4. ERROS NAS OBSERVÁVEIS GPS 5. MÉTODOS DE POSICIONAMENTO 6. APLICAÇÕES

3 1. HISTÓRICO

4 LORAN (Long-Range Navigation System)
Sistema de navegação de longa distância criado no início da década de 1940 Muito utilizado durante a II Guerra Mundial A posição é determinada pela análise do intervalo de tempo entre pulsos de sinais de rádio entre duas ou mais estações terrestres de coordenadas conhecidas. Posicionamento por Satélites

5 Projeto SPUTNIK Projeto VANGUARD
Um conjunto de satélites artificiais lançados a partir de 1957 pela União Soviética. SPUTNIK 1 foi o primeiro satélite artificial do mundo e era do tamanho de uma bola de basquete. Projeto VANGUARD Um conjunto satélites artificiais lançados a partir de 1958 pelos Estados Unidos. É o mais antigo equipamento feito pelo homem ainda em órbita. Posicionamento por Satélites

6 OMEGA (Global Low Frequency Navigation System)
Primeiro sistema de radionavegação de abrangência mundial Desenvolvido em 1968 pela Aeronáutica dos EUA para detectar bombardeiros e submarinos russos. Encerrado em 1997 devido aos altos custos de operação. Posicionamento por Satélites

7 TRANSIT (Navy Navigation Satellite System - NNSS)
Primeiro sistema de navegação por satélite a ser usado operacionalmente. Formado por uma constelação de 5 satélites. Inicialmente utilizado pela Aeronáutica dos Estados Unidos a partir de 1960 para obter informações precisas sobre mísseis submarinos. Posicionamento por Satélites

8 GLONASS - GLObal NAvigation Satellite System
Sistema de radionavegação russo criado em 1976 composto por 24 satélites. Primeiro satélite lançado em Em 2002, apenas 7 satélites em operação. GALILEO Sistema de radionavegação global criado pela União Européia em 2002. Posicionamento por Satélites

9 GPS Abreviatura de Global Positioning System
Sistema de radionavegação desenvolvido pelo Departamento de Defesa (DoD) do Estados Unidos que fornece posicionamento altamente preciso para usuários militares e civis Nome verdadeiro: NAVSTAR (Navigation System with Time and Ranging) Posicionamento por Satélites

10 Permite a qualquer usuário saber a sua localização, velocidade e tempo, 24 horas por dia, sob quaisquer condições atmosféricas e em qualquer ponto do globo terrestre. Não necessita de de visibilidade entre as estações (métodos de levantamento convencionais) Adota como referência o elipsóide World Geodetic System de 1984 (WGS-84). Posicionamento por Satélites

11 Histórico do GPS 1978, primeiro satélite lançado;
1978 a 1985, 11 satélites são lançados 1983, sistema disponível para o uso civil 1993, constelação de 24 satélites é alcançada 1995, sistema é declarado operacional 1 de maio de 2000, código SA é desativado, aumentando Precisão para uso civil de 100 m para 10 m; Posicionamento por Satélites

12 2. COMPONENTES DO GPS

13 Componente Espacial Constelação de 24 satélites em 6 planos orbitais (4 satélites em cada plano) Altitude de cerca de km Inclinação de 55° do Equador Concebido de forma que existam no mínimo 4 satélites visíveis acima do horizonte em qualquer ponto da superfície e em qualquer altura. Posicionamento por Satélites

14 Componente Espacial Cada satélite construído para durar aproximadamente 10 anos; Constantemente estão sendo construídas substituições e lançadas em órbita. Posicionamento por Satélites

15 Componente de Controle
Responsável pelo rastreamento dos satélites, atualização de suas efemérides (posições orbitais) e calibração e sincronização dos seus relógios. Determina as órbitas de cada satélite e prevê a sua trajetória nas 24h seguintes. Esta informação é enviada para cada satélite para depois ser transmitida por este, informando o receptor do local onde é possível encontrar o satélite. Posicionamento por Satélites

16 Localização das estações de controle GPS
Posicionamento por Satélites

17 Estações originais (até 2005)
Estações de rastreio Rastreiam satélites de sua cobertura Coletam dados dos sinais dos satélites Enviam os dados para a estação de controle principal Estações originais (até 2005) 1. Havaí 2. Ilha da Ascensão (Oceano Atlântico) 3. Kwajalein (Oceano Pacífico, nordeste de Nova Guiné) 4. Diego Garcia (Oceano Índico) Posicionamento por Satélites

18 Estação de rastreio do Havaí
Posicionamento por Satélites

19 Estação de controle principal
Localizada em Colorado Springs, EUA Processa os dados das estações de rastreio Detecta as efemérides e relógios dos satélites Calcula novas efemérides Retransmite os dados (1 ou 2 vezes ao dia) para as estações de Ascension Islands, Diego Garcia ou Kwajalein que, por sua vez, os retransmitem para os satélites via antenas de transmissão Posicionamento por Satélites

20 Estação de controle principal
Posicionamento por Satélites

21 Componente Usuário Inclui todos aqueles que usam um receptor GPS para receber e converter o sinal GPS em posição, velocidade e tempo. Inclui ainda todos elementos necessários neste processo como as antenas e softwares de processamento Posicionamento por Satélites

22 Função básicas de um receptor GPS
1. Informar as coordenadas de sua posição na Terra. 2. Dar orientação de navegação para outro ponto qualquer. Outras funções: capacidade de armazenar pontos e rotas na memória ambiente em que você vai utilizar o GPS possibilidade de conectá-lo a uma antena externa interface para PC altímetro barométrico acoplado bússola eletrônica acoplada com dados ou mapas embutidos (basemap) Posicionamento por Satélites

23 Tipos de antenas Posicionamento por Satélites

24 Equipamentos de antena para proteção contra multicaminhamentos
Choke Ring Ground Plane Posicionamento por Satélites

25 De simples freqüência (Portadora L1)
Tipos de receptores Quanto à aplicação De navegação Geodésico Para SIG Quanto ao dados De simples freqüência (Portadora L1) De dupla freqüência (Portadoras L1 e L2) Posicionamento por Satélites

26 Receptores de navegação
Receptores de mão Posicionamento por Satélites

27 Nokia N82 Receptores de navegação Antena integrada Software Nokia Maps
Guia por voz Valor: 450 euros Posicionamento por Satélites

28 Receptores de navegação
Receptores em veículos Posicionamento por Satélites

29 Receptores Geodésicos
Posicionamento por Satélites

30 Receptores para SIG Leica GPS900CS Posicionamento por Satélites

31 Posicionamento por Satélites

32 3. COMO FUNCIONA O GPS?

33 Como funciona o GPS? Baseia-se na determinação da distância entre um ponto, o receptor, a outros de referência, os satélites. Sabendo a distância que nos separa de 3 pontos podemos determinar a nossa posição relativa a esses pontos através da intersecção de 3 circunferências cujos raios são as distancias medidas entre o receptor e os satélites. São necessários, no mínimo, 4 satélites para determinar a nossa posição corretamente. Posicionamento por Satélites

34 Como funciona o GPS? A função de um receptor GPS é localizar 4 ou mais desses satélites, determinar a distância para cada um e utilizar esta informação para deduzir sua própria posição. Essa operação é baseada em um princípio matemático simples chamado trilateração. A trilateração em um espaço tridimensional pode parecer um pouco complicada, então começaremos explicando o que é trilateração bidimensional. 9

35 Como funciona o GPS? Imagine que você esteja em algum lugar na Paraíba e está TOTALMENTE perdido, não tem a menor idéia de onde está. Você encontra um morador local amigável e pergunta a ele: "Onde eu estou?". Ele lhe diz: "Você está a 61 km de Campina Grande, Paraíba". Uma ajuda, mas que não é tão útil sozinha. Você poderia estar em qualquer lugar ao redor de Campina Grande, desde que em um raio de 61 km, desta maneira: 9

36 Como funciona o GPS? Campina Grande 9

37 Como funciona o GPS? Você pergunta a outra pessoa onde está e ela diz: "Você está a 58 km de João Pessoa-PB". Agora você está chegando a algum lugar: se combinar esta informação com a informação anterior, você terá dois círculos que se cruzam. Agora você sabe que tem de estar em uma dessas duas interseções, já que está a 70 km de Campina e a 58 km de João Pessoa. 9

38 Como funciona o GPS? Campina Grande João Pessoa 9

39 Como funciona o GPS? Se uma terceira pessoa lhe disser que você está a 27 km de Juripiranga-PB, eliminará uma das possibilidades, pois o terceiro círculo irá se cruzar somente com um desses pontos. Assim, você saberá exatamente onde está: Cajá, Paraíba. Esse conceito funciona da mesma maneira em espaços tridimensionais, mas estamos falando de esferas ao invés de círculos. Na seção seguinte, veremos esse tipo de trilateração. 9

40 Como funciona o GPS? Campina Grande João Pessoa Juripiranga Cajá 9

41 Por que se deve ter no mínimo 4 satélites ?
Mede-se a distância d1 do satélite 1: algum lugar na superfície de uma esfera imaginária que tem seu centro no satélite . Posicionamento por Satélites

42 2 satélites Mede-se a distância d1 do satélite 1 e, ao mesmo tempo, distância d2 do satélite 2: círculo onde as suas esferas se interceptam. Posicionamento por Satélites

43 3 satélites Mede-se, ao mesmo tempo: as distâncias d1, d2 e d3
Somente 2 pontos A e B onde a esfera de distância d3 corta o círculo: a intercessão das esferas das distâncias d1 e d3 Posicionamento por Satélites

44 4 satélites Determina se o ponto correto é A ou B
Na prática, o quarto satélite é desnecessário, pois, geralmente, um dos 2 pontos deverá se localizar na Terra Necessária em razão do não sincronismo entre os relógios dos satélites e do usuário Posicionamento por Satélites

45 TRANSMISSÃO DE SINAIS Posicionamento por Satélites

46 Cada satélite transmite um sinal que é recebido pelo receptor.
O receptor mede o tempo que os sinais demoram a chegar até ele. Multiplicando o tempo medido pela velocidade do sinal (a velocidade da luz no vácuo = 300 m/s), obtemos a distância receptor-satélite. Distância = Velocidade x Tempo Posicionamento por Satélites

47 Relógios dos satélites devem ser muito precisos (atômicos) porque a
luz se move extremamente rápido. Exatidão de um nano segundo (0, segundos) Sincronizar os receptores e os satélites de modo que estejam gerando o mesmo código exatamente no mesmo tempo. Receber os códigos do satélite e identificar a diferença de tempo que o sinal levou para chegar até nós. Posicionamento por Satélites

48 Característica das ondas portadoras
Os satélites transmitem constantemente duas ondas portadoras na banda L (usada para rádio), geradas simultaneamente a partir de uma frequência fundamental de 10,23 MHz: Onda portadora L1 (Link one) Frequência: MHz (154 x 10,23 MHz) Comprimento: 19 cm Onda portadora L2 (Link two) Frequência: 1227,60 MHz (120 x 10,23 MHz) Comprimento: 24 cm Posicionamento por Satélites

49 Códigos modulados sobre as portadoras
Código de Aquisição Livre - C/A (Coarse Acquisition) Modulado sobre a onda portadora L1 Frequência: 1,023 MHz Comprimento: 300 m Código Preciso/Protegido - P (Precise/Protected) Modulado sobre as ondas portadoras L1 e L2 Frequência: 10,23 MHz Comprimento: 30 m Posicionamento por Satélites

50 4. ERROS NAS OBSERVÁVEIS GPS

51 Erros Dependentes dos Satélites Erros nas efemérides
Erros nas coordenadas dos satélites Podem chegar até 20 m Podem ser eliminados pelo posicionamento relativo Erros nos relógios dos satélites Podem chegar até 80 nano-segundos (0, s) o que correspode a cerca de 24 m Podem ser eliminados pelo posicionamento relativo Posicionamento por Satélites

52 Erros Dependentes do receptor/antena
Variação do centro de fase da antena* Em um levantamento, todas antenas devem ser calibradas Antenas devem ser orientadas numa mesma direção (norte) Modelos iguais de receptores não apresentam grandes problemas *Centro de fase é o ponto no qual as medidas dos sinais são refenciadas Geralmente não coincide com o centro geométrico da antena Posicionamento por Satélites

53 Erros Dependentes do receptor/antena Erros nos relógios dos receptores
Podem ser eliminados pelo posicionamento relativo Erros entre os canais Quando o sinal de cada satélite percorre canais diferentes Corrigidos automaticamente pelo receptor no início de cada levantamento Posicionamento por Satélites

54 Erros de propagação dos sinais
Refração da Troposfera Refração da Ionosfera Posicionamento por Satélites

55 Erros da propagação dos sinais Multicaminhamento (Multipath)
Quando o receptor recebe, além do sinal que chega diretamente à antena, sinais refletidos em superfícies vizinhas a ela. Similar ao efeito fantasma de TV Para atenuar esse efeito: Antenas Choke rings Evitar levantamentos em locais propícios ao multipath Posicionamento por Satélites

56 Multicaminhamento Multipath
66

57 Barreiras naturais 66

58 Diferencial GPS (DGPS)
As posições absolutas, obtidas com um receptor móvel, são corrigidas por um outro receptor fixo, estacionado num ponto de coordenadas conhecidas. Esses receptores comunicam-se através de link de rádio. Precisão de 1 a 5 metros. Posicionamento por Satélites

59 6. APLICAÇÕES

60 Transportes (logística) Esporte e Lazer Proteção Civil
Topografia e Geodésia Militares Meteorologia Monitoramento de Abalos Sísmicos Roteiros de Viagens Georreferenciamento de imagens de satélite Atualização de informações cartográficas Atualização de Sistemas de Informação Geográfica Posicionamento por Satélites

61 CARTOGRAFIA TELE ATLAS (www.teleatlas.com )
Empresa holandesa que disponibiliza mapas digitais 2D e 3D para navegação e serviços baseados em localização. Realizou acordo com a GOOGLE para suprir dados para o Google Maps Oferece sistema de atualização de dados Posicionamento por Satélites

62 Logística Automatic Vehicle Location (AVL) Monitoramento de veículos
Transportadoras Determinar onde, por quanto e a que horas cada veículo de uma frota foi abastecido Verificar se o motorista excedeu a velocidade Posicionamento por Satélites

63 Objects Location and Management (OLM)
Não apenas os veículos podem ser monitorados, mas também qualquer outro objeto Carga do caminhão; Cabeças de gado; Tornozeleiras para presidiários Posicionamento por Satélites

64 Seguradoras de veículos
Serviços de rastreamento Auxiliar na localização de veículos após o furto Situações de emergência EUA obrigam operadoras de telefonia móvel a localizar de onde partiram chamadas para auxiliar no serviço de emergência 911 Fim da privacidade Controle da vida das pessoas Posicionamento por Satélites

65 Lazer, esportes e viagens
Roteamento Lazer, esportes e viagens Traçar rotas Caminhos respeitam sentido das vias Sistema de voz para guiar motoristas Celular com mapas de localização de telefones cadastrados Serviço pago pelo clientes Receber mensagens da situação do trânsito evitando ruas congestionadas e criar novas rotas Posicionamento por Satélites

66 Transportes Públicos GPS em ônibus - Projeto GEOSIT Uberlândia
Monitorar a velocidade, tempo de percurso e de parada em cada ponto; Alertar em caso de acidente ou problemas mecânicos; Comunicação imediata sobre problemas no trânsito, como bloqueios ou semáforos quebrados; Fiscalizar o itinerário de cada linha de ônibus; Ajustar em tempo real dos horários de partida; Posicionamento por Satélites

67 Passageiros podem acompanhar, do ponto de ônibus,
quanto tempo terá que esperar até a chegada de cada ônibus; Botão de emergência em caso de assalto; Orientar a polícia na identificação de grupos criminosos e traçar com mais precisão o perfil dos assaltos ( número de ocorrências, freqüências, e localidade). Posicionamento por Satélites

68 Radio-Frequency Identification (RFid)
Etiquetas em peças de vestuário emitem sinais captados por antenas Sistemas semelhante ao de cobrança de pedágios em que um dispositivo colocado no vidro do carro se comunica com uma antena Jaquetas com GPS e sinal de pânico em casos de emergência Posicionamento por Satélites