O documento descreve a história e funcionamento do sistema de posicionamento global GPS. Começou com o desenvolvimento de sistemas de rádio-navegação na Primeira Guerra Mundial e evoluiu para o uso de satélites nas décadas de 1960 e 1970. A Força Aérea dos EUA desenvolveu o GPS na década de 1970 para fornecer posicionamento preciso em três dimensões para militares. O sistema foi declarado totalmente operacional em 1995 e é composto por satélites, estações de controle e receptores de usuários.

1. G.P.S.
SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL

2. Onde estamos???

3. HISTÓRIA
RÁDIO-NAVEGAÇÃO
 1912 até II Grande Guerra - equipamento para rádio-
navegação - uso de sinais de rádio para determinar a
posição (sem muita precisão)
 II Grande Guerra - desenvolvimento do RADAR – Radio
Detection And Ranging - capacidade de medir lapsos de
tempo entre emissão/recepção de ondas de rádio.

4. HISTÓRIA
 Décadas de 60 e 70 - utilização de satélites artificiais introduziu
novos sistemas de navegação (TRANSIT, TIMATION, SYSTEM
621B, NTS) .
 Décadas de 70 e 80 -Força Aérea dos Estados Unidos
desenvolveu um sistema de navegação por satélites
denominado GPS (Global Positioning System). Os principais
objectivos do GPS são:
a. auxílio à rádio navegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos de
posição, mesmo com usuários sujeitos a altas dinâmicas;
b. navegação em tempo real;
c. alta imunidade a interferências;
d. cobertura global, 24 horas por dia;
e. Rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.

5. Principais objetivos do GPS
a. auxílio à rádio navegação em três dimensões com
elevada precisão nos cálculos de posição, mesmo
com utilizadores sujeitos a altas dinâmicas;
b. navegação em tempo real;
c. alta imunidade a interferências;
d. cobertura global, 24 horas por dia;
e. Rápida obtenção das informações transmitidas pelos
satélites.

6. Exemplos de GPS

7. HISTÓRIA GPS
 Sistema declarado totalmente operacional apenas em l995
 Custo - 10 bilhões de dólares
 24 satélites que orbitam a terra a 20.200 km duas vezes por dia
e emitem simultaneamente sinais de rádio codificados, sendo a
sua pior precisão 15 metros; a melhor, 1 metro
 Militares americanos implantaram duas opções de precisão:
para utilizadores autorizados (eles mesmos) e utilizadores não-
autorizados (civis). Os receptores GPS de uso militar têm
precisão de 1 metro e os de uso civil, de 15 a 100 metros.

8. GPS
 Como outros sistemas de rádio-navegação, todos os satélites
enviam os sinais de rádio exactamente ao mesmo tempo,
permitindo ao receptor avaliar o lapso entre emissão/recepção.
A hora-padrão GPS é passada para o receptor do utilizador. É a
referência de tempo mais estável e exacta jamais desenvolvida.
 O GPS emite sinais de rádio especialmente codificados os quais
quando processados pelo receptor GPS permitem o cálculo da
sua posição, velocidade e tempo.

9. Composição sistema GPS
 O sistema é composto por três seguimentos:
Segmento Espacial (Satélites)
Segmento de Controlo (Departamento de Defesa, USA)
Segmento do Utilizador.

10. Composição sistema GPS
 Segmento Espacial
O Segmento Espacial consiste nos satélites GPS chamados de
SV (space vehicles) - constelação padrão - 24 satélites
orbitando a terra em ciclos de 12 horas.
Altitude – permite que a órbita do satélite
repita a mesma cobertura na terra a cada
24 horas (4 minutos mais cedo a cada dia)
A constelação permite ao utilizador a
visibilidade de 5 a 8 SV em qualquer
ponto da terra

11. Composição sistema GPS
 24 satélites (4 por órbita)
 6 planos orbitais igualmente espaçados em torno do equador
 55 graus de inclinação em relação ao equador
 Período de aproximadamente 12 horas
 20 200 km de altitude
 5 satélites visíveis em qualquer ponto do globo.

12. Composição sistema GPS

13. Composição sistema GPS
 Segmento de Controlo
Formado por estações de rastreamento de satélite localizadas em
pontos específicos do globo.
Controlo central - Base de Schriever da Força Aérea Americana no
Colorado.
As estações de monitorização medem o sinal
transmitido pelos SV e calculam o ephemeris
(informação precisa sobre a órbita do satélite)
e correcções do relógio (clock) para cada SV.

14. Composição sistema GPS

15. Composição sistema GPS
 Segmento do Utilizador
O segmento do utilizador é formado pelos receptores GPS
(móveis em geral) e pela comunidade de utilizadores GPS que
utiliza o sistema para localização, navegação, topografia, etc.

16. GPS
Sinal do satélite GPS
O SV transmite em duas frequências (microwave carrier phase
microondas): L1 e L2
Carrier Phase L1: Frequência: 1579,42 MHz contém:
Mensagem de navegação (ephemeris)
Código SPS (código C/A, Coarse/Aquisition)
Carrier Phase L2: Frequência: 1227,60 MHz
Utilizado para calcular o retardamento devido a ionosfera
pelos equipamentos dotados de capacidade para PPS. Não sofre efeito da
ionosfera.

17. ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS
RASTREAMENTO DOS SATÉLITES
Um receptor rastreia um satélite pela recepção do seu sinal.
• Quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa
tridimensional, sendo desejável mais de quatro satélites simultaneamente.
Devido ao deslocamento, o sinal de algum satélite pode ser
bloqueado por algum obstáculo, restando satélites suficientes para
orientá-lo.
A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo.

18. ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS
RASTREAMENTO DOS SATÉLITES
Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites.
Rastrear satélites significa conhecer as suas posições. Não significa que o
sinal daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição.
Muitos receptores calculam a posição com quatro satélites e usam
os sinais do quinto para verificar se o cálculo está correcto.

19. GPS
‘GEOMETRIA DOS SATÉLITES’ (precisão)
• Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem
na mesma região do céu, sua geometria é pobre.
O receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as
medidas de distância provém da mesma direção geral.
• Triangulação pobre e a área comum da intersecção das medidas é muito
grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande
espaço) - mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa.

20. APLICAÇÕES DO GPS
 NAVEGAÇÃO
 TRANSPORTE RODOVIÁRIO
 MARINHA
 AVIAÇÃO
 TOPOGRAFIA
 GEODESIA
 AGRICULTURA

21. PRINCÍPIOS DE POSICIONAMENTO
 Intersecção geométrica das distâncias medidas
 Distancia calculada a partir dos tempos de
propagação entre os satélites e o utilizador

22. ERROS
 FONTES DE ERROS NAS PSEUDO-
DISTANCIAS
 ERROS DO RELÓGIO DO SATÉLITE
 ERROS DE EFEMERIDES
 ERROS DEVIDO A MUDANÇA DE VELOCIDADE
DO SINAL QUANDO ATRAVESSA A
ATMOSFERA
 CAMINHOS MÚLTIPLOS
 RUÍDO DO RECEPTOR
 DISPONIBILIDADE SELETIVA (DESLIGADO)

23. CORRECÇÕES
 É necessário
ter em conta os
desvios dos
relógios para
determinar uma
posição precisa

24. SERVIÇOS OFERECIDOS
 Precise Posicioning service (PPS)
 Código P criptografado
 Reservado para uso militar
 Standard Positioning Service (SPS)
 Code C/A
 Uso civil

25. DGPS
No modo diferencial um receptor fixo cuja posição é
muito bem conhecida envia por rádio as correcções para
serem aplicadas nos receptores móveis.

26. PROJETO GALILEO
Objectivos - implementar o primeiro sistema de determinação da posição e
de navegação por satélite concebido para satisfazer necessidades civis
Apresenta aplicações rentáveis e com perspectivas de crescimento em
domínios diversos e com verdadeiro interesse para os cidadãos
Com um pequeno receptor (por norma combinado com um telefone
portátil), é oferecida a possibilidade de determinar a nossa posição com
uma margem de erro de um metro.

27. PROJETO GALILEO
O sistema Galileu é um projecto vital para o futuro das indústrias de alta
tecnologia europeias, que beneficiarão dos grandes mercados criados e de
um progresso tecnológico essencial em termos de concorrência mundial
futura.
É essencial que a Europa e o mundo disponham de uma alternativa e
deixem de estar dependentes do actual monopólio do sistema americano de
GPS, menos avançado, menos eficiente e menos seguro.

28. SISTEMA GALILEO
Constelação de 30 satélites colocados em órbita a 24.000 km de
altitude, cobrindo a totalidade do globo terrestre, com uma rede de estações
de controle em terra.
Satélites dotados de relógio atómico de alta precisão na medição do tempo
e permitem localizar a posição de qualquer tipo de objecto, fixo ou
móvel, com uma margem de erro de um metro.

29. Outros sistemas