Introdução ao GPS Prof. Dr. Nelson Wellausen Dias

Histórico Primeiros estudos começaram na década de 1960. Primeiro satélite foi lançado em 1978. O sistema só se tornou completo em abril de 1995. Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

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

Segmento espacial: constelação de 24 satélites 6 planos orbitais Inclinação de 55o em relação ao Equador 20.200 km de altitude 4 satélites por plano Órbita de 12 horas

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

Cada satélite tem um relógio atômico (césio) e transmissores de rádio Acurácea do relógio atômico: 1 s a cada 100 000 anos Gera sinais de rádio em duas freqüências

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

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

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

Como funciona o sistema GPS 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 Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Os dois possíveis pontos de intersecção entre as três esferas

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

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

Disponibilidade Seletiva (S/A) 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. 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 Causas de erros no GPS 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 1.000 ou mais Os erros são cumulativos e aumentam com o PDOP. Universidade de Taubaté – Departamento de Ciências Sociais e Letras – Curso: Geografia – Disciplina: Cartografia – Série: 2 – Prof. Dr. Nelson W.Dias

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

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

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