Os Sistemas de Posicionamento por Satélites

Apresentação em tema: "Os Sistemas de Posicionamento por Satélites"— Transcrição da apresentação:

1 Os Sistemas de Posicionamento por Satélites
NAVSTAR-GPS

2 Limitação da acurácia

3 Escrever na lousa Limitação da acurácia do sistema GPS
SA – “Disponibilidade Seletiva” AS – “Anti-fraude”

4 NAVSTAR-GPS SA (Selective Availabity)
Durante a fase de implementação do sistema esperava-se: Pseudodistâncias a partir do código C/A na ordem de 400 m Testes realizados mostraram acurácia em torno de 20 a 40 m Com essa inesperada situação, o SA foi incorporado nos satélites do Bloco II e posteriores Tratava-se de um programa que não fazia parte do planejamento inicial do GPS

5 Lousa SA (Selective Availabity) Dois efeitos fazem parte
Técnica ε - Manipulação das efemérides transmitidas Provocava erros nas posições dos usuários, mas variam lentamente com o tempo Técnica δ - Desestabilização sistemática do oscilador do satélite resultava em alterações muito rápidas nas medidas de pseudodistâncias, introduzindo erros nelas e, por consequência, nas posições obtidas (mais efetiva)

6 NAVSTAR-GPS SA (Selective Availabity)
Redução proposital da qualidade do posicionamento Para usuários não autorizados (SPS) Horizontal = 100 m; Vertical = 156 m; Tempo = 340 ns; Nível de confiança de 95%

7 NAVSTAR-GPS SA (Selective Availabity)
Implementada apenas a partir dos satélites do Bloco II, com início em mar-90 Vários testes foram conduzidos para avaliar seus efeitos nos usuários civis Verificou-se que há um aumento no ruído do código e da onda portadora

8 NAVSTAR-GPS

9 Explanar O efeito é praticamente eliminado no posicionamento relativo, pelo fato de este não depender da geometria dos satélites Para navegação, o uso do DGPS praticamente elimina os efeitos da Disponibilidade Seletiva

10 Explanar e Lousa 1 maio 2000, o governo americano anunciou a desativação do SA, que melhorou a precisão pelo SPS, em torno de 10 vezes (Lousa) Ao mesmo tempo anunciava-se que já se dispunha de tecnologia para implementar a SD (Selective Denial – Proibição Seletiva) em uma base regional

11 NAVSTAR-GPS

12 NAVSTAR-GPS AS (Anti-Spoofing) Não permissão de acesso ao código P
Evitar qualquer tipo de fraude contra ele, gerando códigos P falsos Combinação dos códigos P e W W – gerado numa razão de 50 bps P – gerado numa razão de 10,23 x 106 bps

13 Sistema de tempo GPS

14 NAVSTAR-GPS Sistema de tempo GPS
Mede essencialmente o intervalo de tempo da propagação do sinal Importante uma definição precisa de tempo envolvendo Instante Época Intervalo

15 Lousa Sistema de tempo GPS
Instante – representa quando determinado evento ocorreu Época – é o instante de ocorrência de um evento tomado como origem da contagem do tempo Intervalo – é o tempo decorrido entre dois instantes Medidos em unidades de determinada escala de tempo

16 Lousa Algumas definições importantes TU (Tempo Universal)
Baseado no dia solar TAI (Tempo atômico Internacional) Baseado em relógios atômicos mantidos por várias instituições Não se mantém sincronizado com o TU, pois a rotação da Terra não é uniforme UTC (Tempo Universal Coordenado) Segue o TAI, mas é periodicamente incrementado por saltos de segundos

17 NAVSTAR-GPS Sistema de tempo GPS Basicamente dois sistemas são usados
Tempo atômico – registrar o instante da geração dos sinais e a realização das observações Tempo dinâmico – Para expressar a equação do movimento dos satélites

18 NAVSTAR-GPS Tempo atômico É uma escala de tempo uniforme
Mantido por relógios atômicos (não são mantidos por energia atômica) TAI (Tempo atômico Internacional) Escala de tempo fundamental

19 NAVSTAR-GPS Tempo dinâmico
Usado como o argumento das efemérides astronômicas Derivado dos movimentos planetários no sistema solar e sua duração é baseada nos movimentos orbitais da Terra, da Lua e dos planetas

20 NAVSTAR-GPS Tempo GPS Os sinais de tempo transmitidos pelos satélites GPS estão sincronizados com os relógios atômicos da estação de controle

21 Lousa Tempo GPS Iniciou-se em Reiniciou Representado
6 janeiro de 1980, às 00h UTC (ciclo 0) Reiniciou 22 agosto de 1999 às 00h UTC (ciclo 1) Representado Ciclos = 1 Número da semana GPS = (varia de 0 a 1.023) Segundos da semana = 0 a

22 NAVSTAR-GPS Tempo GPS

23 NAVSTAR-GPS Os sinais transmitidos pelos satélites são sincronizados com o relógio atômico da Estação de Controle Central

24 GLONASS

25 GLONASS Antiga União Soviética está desenvolvendo desde 1970 o GLONASS
Bastante similar ao GPS nos códigos PRN C/A = 0,511 MHz P = 5,11 MHz Portadoras L1 (C/A e P) L2 (P)

26 Explanar Códigos PRN Aproximadamente metade da frequência do GPS
C/A = 0,511 MHz P = 5,11 MHz Aproximadamente metade da frequência do GPS Em tese, a acurácia das pseudodistâncias é pior em relação ao GPS Ao contrário do GPS os sinais nunca foram degradados de modo intencional

27 GLONASS Segmento ESPACIAL
Constelação de 24 satélites ativos e três reservas Três planos orbitais separados 120º e inclinação de 64,8º, cada um com 8 satélites igualmente espaçados Período orbital 11h15min Altitude dos satélites é da ordem de km

28 Explanar Segmento ESPACIAL
Por causa do ângulo de inclinação maior que o do GPS pode proporcionar melhor cobertura em altas altitudes

29 GLONASS Segmento ESPACIAL
Os códigos PRN são os mesmos para todos os satélites Identificação dos satélites se dá pela frequência do sinal (FDMA – Múltiplo Acesso pela Divisão da Frequência)

30 GLONASS Segmento ESPACIAL
Como as frequência do GPS e GLONASS são relativamente próximas Torna possível usar uma antena combinada e um amplificador comum Facilita o desenvolvimento de equipamentos que rastreiam ambos os sistemas O PROCESSAMENTO DO SINAL É DIFERENTE

31 GLONASS Segmento ESPACIAL Interferências
Observações de radioastronomia Satélites de comunicação Provocaram realocação das frequências L1 = 1.598,625 a 1.604,25 MHz L2 = 1.242,9375 a 1.247,75 MHz

32 GLONASS Seguimento ESPACIAL Mensagens
São moduladas na portadora em uma taxa de 50 bps Contêm informações Órbitas (efemérides) Almanaque Status dos satélites

33 GLONASS Segmento ESPACIAL Efemérides Atualizadas a cada 30 min Contêm
Posições e velocidade dos satélites Acelerações para a época de referência

34 GLONASS Segmento ESPACIAL
GLONASS-M (modificado) – desenvolvida para substituir os satélites antigos Vida útil de 7 anos Melhor estabilidade dos relógios Comunicação entre os satélites Operação autônoma

35 Lousa Segmento CONTROLE Responsável por
Predizer a órbita dos satélites Transferir as efemérides, as correções dos relógios e os almanaques de cada um dos satélites Sincronizar os relógios dos satélites com o sistema de tempo do GLONASS Estimar as discrepâncias entre o sistema de tempo do GLONASS e o TUCus Controlar os satélites

36 GLONASS Segmento CONTROLE Composto por
Sistema de controle central Central de sincronização de tempo Várias estações de comando e rastreio Estações de rastreamento a laser Centro de controle está localizado em Moscou e as estações de monitoramento são distribuídas homogeneamente no território da antiga União Soviética

37 GLONASS Segmento USUÁRIO Diretamente relacionado aos receptores
Número de receptores bastante reduzido em comparação com o GPS Receptores híbridos

38 GLONASS Sistema de tempo Refere-se ao TUC da antiga União Soviética
Considera os saltos de segundos Diferença constante de 3 h, fuso horário Moscou e Grennwich Baseado num conjunto de maser de hidrogênio

39 Lousa Futuro Planos de novos sinais, comunicação entre satélites, etc.
Espera-se a constelação recuperada para breve Lançamentos recentes reforçam essa expectativa Novos tipos de receptores no mercado

40 Galileo

41 Galileo Características do sistema Controle civil
Interoperabilidade com o GPS e o GLONASS

42 Galileo Segmento ESPACIAL
27 satélites operacionais e mais três reservas (ativos) Distribuídos em 3 órbitas circulares Altitude de km Inclinação de 56º em relação ao plano Equatorial Período orbital de aproximadamente 14h4min

43 Galileo Segmento ESPACIAL
Proporcionarão boa cobertura, mesmo em latitudes acima de 75º Lançados o GIOVE A e B, satélites de validação Sistema deverá entrar em operação em 2020 1ª informação era de 2011

44 Galileo Segmento CONTROLE
Estrutura EGNOS está sendo aproveitada ao máximo, com acréscimo de algumas estações, em razão da abrangência global Ao todo 30 estações distribuídas globalmente Proporcionarão os dados para os dois GCCs Um responsável pela geração das mensagens de navegação e sistema de tempo Outro será responsável pelo controle da integridade

45 Galileo Segmento USUÁRIO Envolverá vários tipos de receptores
Já há receptores aptos para rastrear os sinais do GIOVE A e do GIOVE B “GGG” híbrido (GPS, GLONASS e Galileo)

46 Escrever e Ditar Segmento USUÁRIO Serviços
Serviço de Acesso Aberto – serviço básico de posicionamento, navegação e tempo Serviço de Acesso Comercial – usuários que exigem um serviço garantido e com contrato de responsabilidade. Será cobrado uma taxa de utilização Serviço com segurança de vida – para aplicações críticas em segurança, como aviação civil, navegação marítima, etc. Serviço Público Regulamentado – dedicados para aplicações de segurança nacional, como polícia, bombeiros, alfândega, etc. Serviço de busca e resgate

47 Galileo Segmento USUÁRIO Desempenho
Deverá proporcionar o mesmo nível a ser alcançado com a modernização do GPS (Bloco IIF) Acurácia Horizontal = 4,0 m Vertical = 7,7 m Tempo = 30 ns Confiabilidade = 90 a 99,97%

48 Galileo Sistema de tempo
Será gerado por um conjunto de relógios atômicos (H-maser, césio, etc) Duas funções Manutenção do tempo das órbitas dos satélites e para a sincronização do tempo Manutenção do tempo para fins de metrologia Deverá determinar de forma confiável a discrepância entre o tempo GPS e o tempo Galileo, transmitido para os usuários de ambos os sistemas

49 Galileo Sistema de tempo Contagem similar à contagem do tempo GPS
Semana GST e os segundos da semana Ciclo de semanas Início com o início do segundo ciclo do tempo GPS 00h 22/08/1999

50 Explanar São aproximadamente as mesmas coordenadas equatoriais nos dois sistemas (Ditar) Transformação envolve a precessão, nutação, a rotação e a orientação da Terra, inclusive o movimento do pólo Precessão – explicar no gráfico A nutação é uma pequena oscilação periódica do eixo de rotação da Terra com um ciclo de 18,6 anos, sendo causada pela força gravitacional da Lua sobre a Terra

51 Esclarecendo