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G.P.S.
SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL
Onde estamos???
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.
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.
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.
Exemplos de GPS
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.
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.
Composição sistema GPS


   O sistema é composto por três seguimentos:



    Segmento Espacial (Satélites)

    Segmento de Controlo (Departamento de Defesa, USA)

    Segmento do Utilizador.
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
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.
Composição sistema GPS
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.
Composição sistema GPS
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.
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.
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.
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.
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.
APLICAÇÕES DO GPS


   NAVEGAÇÃO
   TRANSPORTE RODOVIÁRIO
   MARINHA
   AVIAÇÃO
   TOPOGRAFIA
   GEODESIA
   AGRICULTURA
PRINCÍPIOS DE POSICIONAMENTO




    Intersecção geométrica das distâncias medidas
    Distancia calculada a partir dos tempos de
     propagação entre os satélites e o utilizador
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)
CORRECÇÕES


                É necessário
                 ter em conta os
                 desvios dos
                 relógios para
                 determinar uma
                 posição precisa
SERVIÇOS OFERECIDOS


   Precise Posicioning service (PPS)
       Código P criptografado
       Reservado para uso militar

   Standard Positioning Service (SPS)
       Code C/A
       Uso civil
DGPS




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

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GPS

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.