Posicinamento global

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INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL
- GPS -
Washington Machado*
I. Introdução: Sumário da Evolução da Navegação
Desde o início da humanidade, o homem sempre teve a preocupação de
poder se deslocar e regressar ao ponto de origem com segurança. Ter esse
conhecimento, desde a pré-história até os tempos modernos, sempre foi uma
questão de segurança e muitas vezes de poder. No início, provavelmente as
pessoas marcavam suas trilhas e usavam pontos significativos como
referências de posição, como montanhas, curvas de rio, etc. Com o passar do
tempo, foram criados os mapas que incluíam pictorialmente os pontos
geográficos e a distância entre eles. A orientação era dada pelo alinhamento
entre dois ou mais pontos de referência ou em relação ao sol. Já na Grécia
antiga, foi desenvolvido o conceito de Latitude, isto é de localização, Norte ou
sul, em relação à linha do Equador, e de Longitude, localização, Leste ou
Oeste, em relação a um Meridiano de referência, sendo hoje adotado o que
passa pelo Observatório de Greenwich, na Inglaterra.
Nas noites ou nos dias de baixa visibilidade, eram usados faróis marítimos
para indicar o caminho de regresso aos portos e marcar perigos para as
embarcações (arrecifes). Esse foi, talvez, o primeiro sistema de referência
artificial para a navegação. Usado até os dias de hoje, os faróis mais modernos
possibilitam, pelo de tempo da passagem do facho de luz principal, determinar
a posição relativa da embarcação e até a sua distância aproximada.
Os primeiros marinheiros não se afastavam da vista da costa, até que foi
introduzida a navegação usando as estrelas como referência. Os antigos
fenícios se orientavam pela Estrela do Norte para navegar do Egito à Ilha de
Creta. Mais tarde, no início da era moderna, dois significativos inventos deram
grande impulso às navegações: a bússola magnética e o sextante. O emprego
desses dois instrumentos possibilitou a época das Grandes Navegações,
resultando no completo conhecimento de todas as terras do mundo.
A bússola magnética, por sempre indicar o Norte verdadeiro, mostrava a
direção relativa a seguir. O sextante, pela medida exata dos ângulos acima do

horizonte do sol, da lua e de estrelas, possibilitava, pela comparação das
posições desses astros em um almanaque determinarem a Latitude. A
determinação da Longitude foi resolvida mais tarde, por volta do final do Século
XVII, usando a diferença de tempo de Greenwich, ou seja, um cronômetro.
Comparando, por exemplo, a posição do sol a pico, o que por um almanaque
específico se saberia que ocorre ao meio-dia em Greenwich, e o horário da
medida do sextante, por exemplo, 14:00h, sabia-se que a posição era
equivalente a duas horas a oeste de Greenwich.
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Sextante
Esses instrumentos foram os básicos de navegação por muitos anos, até o
início do Século XX, quando vários sistemas de navegação baseados em
radiocomunicações emitidas de estações situadas em pontos conhecidos
foram desenvolvidos. Tais sistemas funcionavam como faróis eletrônicos, com
a diferença conceitual de que precisavam de receptores especiais a bordo para
ser usados. Na 2ª Guerra Mundial, esses sistemas foram aperfeiçoados e
intensamente empregados para a navegação de aeronaves e navios de ambos
os lados.
Vários equipamentos de navegação baseados em transmissões de
estações de radio comunicações baseadas em Terra são ainda utilizados,
entre eles o NDB (Non-Direcional Radiobeaco’), VOR (VHF Omni Directional
Radiobeacon), ILS (Instrument Landing System), Ômega, etc. Entretanto, tais
sistemas sempre ofereceram uma de duas opções de emprego:
a) Sistemas de grande alcance, mas de baixa precisão (ex. NDB);
b) Sistemas grande precisão, mas de baixo alcance (ex. ILS)

Tal situação, a qual obriga o uso de diversos sistemas abordo de aeronaves
e navios, passou a ter como opção o uso de sistemas de satélites, os quais,
usando os mesmos princípios dos sistemas de navegação do passado e do
presente baseados em solo, possibilitam, pela primeira vez, a combinação das
duas opções de máxima cobertura (alcance) e de precisão em um único
sistema.
O Sistema de Posicionamento Global (GPS), dos Estados Unidos, é o
pioneiro de seu tipo a entrar em operação. Seu funcionamento pode,
conceitualmente, ser imaginado como uma constelação espacial de faróis
iluminado a Terra ou uma combinação do emprego do sextante, da bússola, do
cronômetro, do farol marítimo e dos sistemas terrestres de radio navegação, os
quais sabem exatamente a posição de cada farol no espaço e pode calcular a
sua distância. O seu funcionamento, o qual necessita de receptores especiais,
é baseado no princípio da trilateração, que pode ser ilustrado da seguinte
maneira:
· Se uma pessoa sabe que está a 100 km do ponto A, ela poderia estar em
qualquer ponto de uma circunferência de raio 100 km, com centro naquele
ponto.
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100 km
A
· Se essa pessoa souber que está também a 80 km do ponto B, ela já
poderia reduzir suas possibilidades a apenas duas posições.

80 km
80 km
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100 km
A
B
· Entretanto, se ela também souber sua distância de um terceiro ponto (C),
poderia saber com absoluta certeza sua posição.
100 km
A
B
70 km
C
No caso da Trilateração do GPS, ou seja, processo que faz uso do
conhecimento das distâncias de cada satélite, cuja posição é conhecida a cada
instante, a figura geométrica a ser usada é a esfera, pois as transmissões de
radiofreqüências são unidirecionais, assim o receptor de GPS pode obter
resultados também em três dimensões (Latitude, Longitude e Altitude).

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II. O Sistema de Posicionamento Global – GPS
Os Estados Unidos da América foram os pioneiros no desenvolvimento de
um sistema de satélites capaz de transmitir sinais para receptores na superfície ou
em vôo ao redor da Terra, de modo que possam determinar com elevada precisão
o tempo e sua posição, velocidade e direção. Embora existam outras iniciativas de

desenvolvimento de sistemas similares, como da União Européia (GALILEO), da
Rússia (GLONASS) e da China (COMPASS), O GPS é, até agora, o único em
plena operação e de emprego universal.
Lançado em 1978, inicialmente, o GPS tinha seu uso restrito ao emprego
militar. Entretanto, após o evento em que uma aeronave civil da Empresa Aérea
Coréia foi abatida por um caça soviético, em 1983, devido a ter sobrevoado um
espaço aéreo proibido, provavelmente devido a um erro de navegação, matando
seus 269 ocupantes, o então Presidente Ronald Reagan anunciou que o GPS
estaria disponível para uso civil, assim que fosse considerado totalmente
operacional. Isso aconteceu em abril de 1995. Em 1996, o Presidente Bill Clinton
declarou oficialmente o GPS como de uso dual, civil e militar, e criou a Agência
Interministerial de Gestão Executiva do GPS. A partir de 2004, as atribuições
dessa Agência foram transferidas para o Comitê Executivo Nacional para
Assuntos de Posicionamento, Navegação e Determinação do Tempo Baseados
em Sistemas Espaciais (PNT), encarregado de assessorar e coordenar as ações
dos Ministérios e Agências relativas ao GPS e sistemas correlatos. A PNT é
chefiada, em conjunto, pelos Vices-Ministros de Defesa e dos Transportes.
Entrementes, a Organização da Aviação Civil Internacional (OACI) concluiu
no início da década de 90 a conceituação dos novos sistemas de Navegação,
Comunicações e Vigilância / Gerência do Tráfego Aéreo (CNS/ATM), idealizados
para atender a crescente demanda de utilização do espaço aéreo, prevista para a
primeira metade do Século XXI. No campo da navegação aérea, seria necessário
o emprego de sistemas globais de apoio ao vôo em todas as suas fases, para o
quê foi idealizado um Sistema Global de Navegação por Satélites (GNSS), com
características similares às do GPS.
Dessa forma, tendo os Estados Unidos oferecido e a OACI aceitado a oferta
de uso do GPS pela aviação civil de todos os países, sem qualquer tipo de
discriminação, limitação de tempo ou custo, o sistema vem sendo cada vez mais
empregado como meio de navegação aérea, em todo o mundo. Alguns países
fazem uso do GPS como um meio interino até a definição e implementação do
GNSS, ao passo que outros já o utilizam de forma definitiva, com e sem
dispositivos complementares.
Ao mesmo tempo, suas aplicações se estendem para diversas outras áreas
científicas, sociais e econômicas, entre elas, a navegação marítima e terrestre, a
agricultura de precisão, a geodésica, a proteção do meio ambiente, e a logística.
Pode se dizer que o uso civil do GPS é cada vez mais intenso em todos os seus
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campos de aplicação, inclusive fazendo parte de aparelhos celulares e de
sistemas de localização e navegação de veículos.
Inicialmente, o sinal do GPS para uso civil era propositadamente degradado
por meio de um dispositivo denominado de “disponibilidade seletiva (SA)”, o que
possibilitava uma precisão de localização de no mínimo 100 metros. Entretanto, a
partir de 2000 esse dispositivo foi desabilitado, passando a precisão a ser
determinada apenas pelo desempenho do sistema e a qualidade do receptor, o
que pode chegar a poucos metros de erro da posição verdadeira.
III. Características Básicas do GPS
Antenas
Terrenas
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O GPS é composto de três elementos principais:
· Segmento Espacial;
· Controle do Sistema;
· Receptores (usuários)
Controle
Espacial
Receptores
EElleemmeennttooss ddoo GGPPSS
Estações de Monitoramento
Estação Máster

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3.1 – O Segmento Espacial
a) A Constelação GPS:
A Constelação GPS é formada por 24 satélites a 20.200 km de altitude,
distribuídos em 6 planos de órbita com 55º de inclinação, sendo 4 satélites em
cada plano, separados em arcos de 60º. Outros satélites, de dois a cinco, são
mantidos em órbita, como reservas imediatos, em caso de pane de um ou mais
satélites, porém funcionando normalmente, gerando um efeito de redundância na
Constelação. A cada 12 horas, os satélites completam uma órbita em volta da
Terra.
Essa arquitetura possibilita que, a qualquer momento e em qualquer ponto
da Terra sem obstáculos (montanhas, edifícios, etc.), se possa receber os sinais
de 7 satélites ao mesmo tempo.
b) Os Satélites GPS:
b.1 - Os Satélites da Constelação GPS, também referidos como Veículos
Espaciais (SV), apresentam as seguintes características básicas:

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· Peso: aproximadamente 1.500 Kg;
· Energia: Solar;
· Dimensões: cerca de 3 x 13 metros;
· Relógios Atômicos: 4 (quatro) com precisão de 10-12 , ou seja, com
estabilidade de 1 em 1.000.000.000.000 segundos, o que significa que
levará cerca de 32.000 anos para adiantar ou atrasar 1 segundo;
· Transmissores: rádio freqüências portadoras na banda de UHF e de
baixa potencia, sendo as básicas designados de L1 (1.575,42 MHz) e L2
(1.227,60MHz);
· Vida útil Média: 12 anos.
Notas:
1. Os sinais (L1 e L2) trafegam em linha direta, o que significa que, embora
ultrapassem nuvens, vidros e plásticos, são obstruídos por objetos mais
sólidos, tais como prédios e montanhas.
2. Uma terceira rádio freqüência denominada de L5 deverá ser liberada para uso
geral.
b.2 – Sinais do GPS:
· Sinais de Uso Geral: rádio freqüências L1 e L2 moduladas com o código
C/A (Coarse/Acquisition), também conhecida como Código Civil. Esses
códigos podem ser acessados por qualquer receptor GPS comum,
livremente comercializado em todas as partes do mundo. Em relação ao
nível de serviço prestado, esses sinais são denominados de “serviço de
posicionamento padrão” (SPS).
· Sinais de Uso Restrito: essas mesmas rádios freqüências L1 e L2 quando
moduladas com os códigos P(Y), sendo P (código de precisão) referente e
destinado a definições de posição com maior precisão e (Y) um código de
proteção contra interferências e transmissões falsas, são de uso privativo
do Governo dos EUA. Os sinais com o código P(Y) só podem ser
acessados por receptores especiais e não liberados para comercialização.

Em relação ao nível de serviço prestado, esses sinais são denominados de
“serviço de posicionamento de precisão” (PPS).
· Código Pseudo-randômico (Pseudo-Random Noise -PRN): os códigos
C/A e P(Y) são exemplos de código pseudo-randômico ou PRN, que são
códigos binários, usando padrões de seqüências de “1” e “0”, compondo
algoritmos matemáticos. Cada satélite transmite uma seqüência única de
códigos C/A e P(Y), nas mesmas freqüências L1 e L2, de forma que o
receptor GPS possa identificar cada satélite de acordo com seu número
PRN. Assim, por exemplo, PRN 2 identifica um dentre os demais satélites
da Constelação GPS.
Nota: Os sinais são modulados nas frequencias L1 e L2 em “Quadrature Phase
Shift Keying” (4-PSK).
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.
Satélite GPS

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b.3 Informações Transmitidas
As Transmissões dos Satélites GPS contém três tipos de informações:
· Código Pseudo-randômico (PRN);
· Dados de Efemérides;
· Dados de Almanaque.
O Código Pseudo-randômico (PRN) pode ser entendido como uma forma
do Receptor GPS identificar qual dos Satélites GPS está transmitindo as demais
informações associadas.
Dados de Efemérides são as informações sobre a posição que cada
Satélite GPS deverá estar ocupando no espaço, a qualquer instante durante as 24
horas do dia. Cada Satélite transmite os dados de Efemérides mostrando as suas
próprias informações orbitais, bem como as de cada um dos demais satélites da
Constelação GPS. Com esses dados, um receptor pode prever a posição exata de
cada satélite, a qualquer tempo.
Dados de Almanaque são as informações constantemente transmitidas
por cada um dos Satélites GPS acerca de sua situação operacional (confiável ou
não confiável), correção do seu relógio atômico, informações genéricas de sua
posição orbital, parâmetros de retardos atmosféricos às transmissões, informação
precisa do tempo GPS atual e sua diferença em relação ao tempo UTC.
A associação dessas três informações obtidas de pelo menos três satélites,
ou seja, Código Pseudo-randômico, Dados de Efemérides e Dados de Almanaque,
constituem as bases para que um Receptor GPS possa determinar sua posição.
3.2 – Controles do Sistema
O Segmento de Controle do GPS é formado por uma rede mundial de
estações com a função de monitorar os sinais transmitidos pelos satélites,
processa-los e, sempre que necessário, emitir sinais de comando de
posicionamento dos satélites e de correção dos dados à Constelação GPS. A rede
é formada pelos seguintes elementos:
· Uma Estação Máster de Controle (MCS);

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· Cinco Estações de Monitoramento (MS):
· Três Antenas Terrenas (GA).
A constelação de satélites GPS é gerenciada e controlada a partir da
Estação Máster de Controle. Os dados coletados pelas Estações de
Monitoramento são processados na MCS e o seu pessoal técnico pode, com base
nesses dados, transmitir comandos aos satélites para corrigir eventuais problemas
técnicos.
As Estaçoes de Monitoramento (Havai, Ascension, Diego Garcia, Kwajalein,
Schriever AFB) acompanham e monitoram os satélites em sua visada direta. Os
dados coletados são automaticamente transmitidos para a MCS, para
processamento e determinação de eventuais necessidades de correções dos
traçados das órbitas e dos dados de navegação.
As mensagens de correção emitidas pela MCS aos satélites são
transmitidas por meio de Antenas Terrenas (GS) localizadas junto a três das MS.
No caso de ser detectado um problemas mais sério com um dos satélites, a MCS
transmite uma mensagem de “não confiável”, que faz com que os receptores GPS
o não façam uso de suas informações para o cálculo de posição e tempo.
Nota: Devido à arquitetura do sistema (restrições de visibilidade das MS e o
tempo de processamento da MCS), pode levar até 45 minutos para que um
satélite com defeito seja declarado “não confiável”. Essa demora é inaceitável para
o uso do GPS na navegação aérea, sendo necessário o emprego de
infraestrutura, terrestre e/ou espacial, complementar ao GPS (‘sistemas de
aumentação’) e de receptores GPS de aeronaves dotados de dispositivo de
monitoramento autônomo da integridade do GPS (RAIM), para assegurar um
efetivo e instantâneo controle da integridade do sistema.

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Atol Kwajalein
Comando Espacial
CCoonnttrroollee ddoo GGPPSS
Hawai
Ascension
Diego Garcia
Cabo Canaveral
MCS MS Antenas Terrenas
3.3 – Receptores GPS
Os receptores GPS são partes integrantes do Sistema e é onde a posição e
o tempo são finalmente calculados. É em nível dos receptores que todo o sistema
GPS se torna utilizável.
Os receptores GPS, sejam os que fazem uso do serviço de posicionamento
padrão - SPS (de uso geral), ou do serviço de posicionamento de precisão – PPS
(de uso restrito), seguem os mesmos princípios gerais de funcionamento.
Os receptores de livre comercialização, ou seja, os que fazem uso do
serviço de posicionamento padrão, além dos programas fundamentais para
decodificação e processamento dos sinais GPS, incorporam softwares aplicativos
específicos conforme sua destinação, por exemplo, navegação aérea, agricultura
de precisão, navegação marítima, navegação rodoviária, etc. Diferem-se também
por suas especificações técnicas, como, por exemplo, número de receptores de
freqüências (L1 e/ou L2) e quantidade de canais, ou seja, de satélites que podem
processar ao mesmo tempo.

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a. Princípios de Funcionamento dos Receptores GPS
a1. Determinação da Distância dos Satélites
Como fundamento básico, o receptor GPS faz a comparação entre o tempo
em que um sinal de um satélite foi transmitido com o tempo em que foi recebido. A
diferença encontrada indica ao receptor a distancia que se encontra do satélite
considerado.
O código PRN (ou C/A) transmitido por cada satélite é igualmente gerado
dentro do receptor. Assim, usando técnicas de comparação de fases entre os dois
sinais de código, o receptor determina o tempo que o sinal transmitido pelo satélite
levou para chegar ao receptor.
Comparação ddee SSiinnaaiiss PPRRNN
Receptor PRN
Satélite PRN
Diferença de
Tempo
A velocidade do sinal transmitido é a de ondas eletromagnéticas, muito
próximas da velocidade da luz, com variações resultantes dos efeitos da ionosfera
e da atmosfera, modeladas pelo receptor conforme parâmetros contidos nos
Dados de Almanaque, resultando em uma velocidade média.
Assim, a distância do satélite considerado ao receptor, designada como
pseudorange, é calculada pela multiplicação do tempo de trânsito do sinal do
satélite até o receptor pela média da velocidade do sinal.

T
O Sinal sai do satélite no
tempo “T”
O Sinal é recebido no receptor
no tempo “T + 3”
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Posição BBaasseeaaddaa nnoo TTeemmppoo
T + 3
Distância entre o satélite e o
receptor = “3 multiplicado pela
velocidade da luz”
a2. Cálculo da Posição
Para o cálculo da posição do receptor, além da distância de cada satélite, é
necessário o conhecimento da posição do satélite considerado, a qual é obtida
dos Dados de Efemérides.
Os receptores GPS são normalmente multi-canais, significando que podem
acompanhar um satélite por canal. Assim, um receptor com 12 canais pode
acompanhar até 12 satélites ao mesmo tempo.
Um receptor GPS precisa estar acompanhando pelo menos 3 satélites
(obter simultaneamente as informações de distância – pseudoranges – de três
satélites), para poder calcular a sua posição em duas dimensões (2D), isto é, em
relação sua longitude e latitude.
Uma vez que a posição do receptor está determinada, o receptor GPS,
poderá calcular outras informações importantes para suas aplicações, como, por
exemplo, velocidade, direção, rota, distância percorrida, distância a percorrer até o
destino, horas do por e do nascer do sol, etc.

Para obter uma posição 3D, os receptores precisam acompanhar pelo
menos 4 satélites ao mesmo tempo, ou seja, obter simultaneamente informações
de distância de quatro satélites (pseudoranges), para calcular a sua posição
tridimensional (latitude, longitude e altitude) e para resolver a diferença ou erro de
tempo entre os relógios atômicos dos satélites (de alta precisão) e o relógio
interno ao receptor, muito menos preciso. O erro do relógio do receptor é comum
em todas as medições de distância dos satélites (pseudoranges) e pode ser
solucionado quando resolvidas as equações de cálculo referente a pelo menos
quatro satélites.
O receptor faz uso do método de trilateração para determinar sua posição,
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conforme mostram as figuras abaixo:
Sinal ddee UUmm SSaattéélliittee
O receptor
está em algum
lugar na
superfície da
esfera.
SSiinnaaiiss ddee DDooiiss SSaattéélliitteess

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________________________________________________________
Três Satélites ((PPoossiiççããoo 22DD))
PPoossiiççããoo TTrriiddiimmeennssiioonnaall ((33DD))

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2.4 – Fatores de Degradação do Sinal GPS
Os sinais GPS são transmitidos por meio de rádio freqüências na banda de
UHF e, por isso, sujeitos à interferências e outros fatores que podem afetar a sua
precisão, entre eles, os seguintes:
· Atrasos causados pelos efeitos da Ionosfera e da Troposfera: Os sinais
transmitidos pelos satélites GPS sofrem uma redução de velocidade ao
atravessarem a atmosfera. O sistema faz uso de um modelo de cálculo que
estima o atraso médio e faz uma correção parcial desse tipo de erro;
· Reflexão de Sinais (Multipath): Esse tipo de erro ocorre quando os sinais
são refletidos em superfícies sólidas, como edifícios e montanhas, antes de
atingirem os receptores. Essas reflexões aumentam o tempo de transito dos
sinais até os receptores, causando erros.
· Erro dos Relógios dos Receptores: Os relógios internos dos receptores
não são tão precisos como os dos satélites o que pode causar pequenos
erros de medição do tempo.
· Erros de Órbita ou de Efemérides: Erros causados por informações não
precisa da posição dos satélites;

· Número Reduzido de Satélites Visíveis: Quanto menor o número de
satélites visíveis maiores são as possibilidades de erros, em função de
outros fatores, como terreno, folhagem, construções e outros;
· Geometria dos Satélites Visíveis ou Sombra: A posição relativa dos
satélites visíveis, com ângulos pequenos de separação entre eles, pode
prejudicar a precisão do sistema.
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Fatores de Degradação ddoo SSiinnaall GGPPSS
Earth’s Atmosphere
Estruturas
Sólidas
Metal Electro-magnetic Fields
IV. Sistema Geodésico Mundial de 1984 (WGS84)
O WGS 84 é o sistema de coordenadas usado pelo GPS. Consiste de
coordenadas definidas por três eixos cartesianos associado a um elipsóide, de
forma que as coordenadas podem ser apresentadas em termos dos eixos
cartesianos X, Y, Z ou de latitude, longitude e altitude a partir do elipsóide. O
centro ou origem do datum é o centro da massa da Terra e é a referência de
posição em qualquer parte do Planeta.
Nesse sistema, a sua orientação, isto é a direção dos seus eixos e,
portanto, do elipsóide equador e do meridiano de longitude zero, coincidem com a

linha do equador e meridiano de referência do Bureau Internacional da Hora, no
momento de tempo de 1984.0, ou seja, à meia-noite de 31 de dezembro de 1983.
Há também coincidência com a Referência Internacional dos Pólos. No que tange
à altitude, o zero, antes definido pelo nível médio dos mares, passa a ser o da
linha do elipsóide. Assim, as diferenças de coordenadas entre o WGS84 e os
sistemas convencionais não são, em geral, muito significativas, ficando as
diferenças mais marcantes para as altitudes, nas regiões onde o elipsóide não se
ajusta adequadamente.
O datum (no centro da Terra) é um ponto convencionado e definido por
formulas matemáticas. Os eixos cartesianos e o elipsóide são geocêntricos, isto é,
tem como ponto de origem o centro da massa da Terra em seu todo, incluindo os
oceanos e atmosfera.
O WGS84 é o sistema mais conveniente para ser usado para a definição da
posição dos satélites do GPS e, pois o centro de suas órbitas elípticas é também o
centro da massa da Terra. Em conseqüência, o WGS 84 é o sistema geodésico
mais adequado para dar utilidade às informações de posição e altitude do GPS.
No Brasil, o WGS84 já foi implantado pelo IBGE e está em uso,
particularmente nas Cartas Aeronáuticas.
Nota: De uma forma muito simplificada, o datum indica o ponto de referência a
partir do qual a representação gráfica dos paralelos e meridianos, e
consequentemente de todo o resto que for desenhado em um mapa, está
relacionado.
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V. Sistemas de Aumentação
Algumas aplicações do GPS, dentre elas a da navegação aérea, possuem
requisitos de posição (latitude, longitude e altitude mais precisas) e de
integridade (controle mais efetivo do funcionamento do sistema e imediata
informação aos usuários de qualquer falha).
Para atender esses requisitos, foram idealizados os sistemas
complementares ao GPS denominados de aumentação destinados a corrigir os
erros provocados pela ionosfera e outros, bem como corrigir a demora intrínseca
do sistema GPS de até 45 minutos para identificar e eventuais falhas em um dos
seus satélites. A OACI classificou esses sistemas complementares em dois tipos:

“sistemas de aumentação baseados em satélites - SBAS (ou de grande área) ou
sistemas de aumentação baseados em terra - GBAS (ou locais). Esses sistemas
podem ser empregados de forma isolada ou combinada.
O seu funcionamento básico consiste em uma rede de estações de
monitoramento dos sinais recebidos dos satélites GPS, o processamento desses
sinais, comparando a posição recebida com a posição conhecida da estação
(latitude, longitude e altitude), com imediata transmissão de um algoritmo de
correção de posição, conhecido como Diferencial GPS, para todas as aeronaves.
Ao mesmo tempo, ou em sistema separado, é verificada a integridade dos sinais,
ou seja, é identificado se algum dos satélites da constelação GPS está com
problemas e essa informação é transmitida às aeronaves.
Diferencial GGPPSS eemm TTeemmppoo RReeaall
x-5, y+3
Receptor Receptor DGPS
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DGPS Site
x+30, y+60
x+5, y-3
Coordenadas
verdadeiras = x+0,
y+0
Correcão = x-5, y+3
Correção DGPS = x+(30-5) e +(60+3)
Coordenadas corrigidas= x+25,y+63
Os Estados Unidos e o Canadá fazem uso de um sistema SBAS (grande
área), denominado de WAAS, e a Europa de um sistema similar denominado de
EGNOS.
No Brasil, devido à severas condições de distorções (atrasos) dos sinais
GPS devido à densa camada da ionosfera tropical, a prioridade do Departamento
de Controle do Espaço Aéreo é pela implantação de sistemas GBAS (locais)
associado a um sistema de grande área de monitoramento da integridade.

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SBAS
GBAS

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VI. Áreas de Aplicação do GPS
São muitas as áreas de aplicação do GPS, dentre elas, as seguintes:
a) Tempo GPS
Ademais de informações relativas à posição (latitude, longitude, altitude), o
GPS provê uma quarta dimensão, ou seja, informações muito precisas de tempo.
Ou seja, o usuário de um receptor GPS tem acesso à precisão de tempo de 100
bilionésimo de segundo, sem ter que arcar com os custos de aquisição e
manutenção e de uma de comunicação do tempo aos setores interessados. O
tempo informado pelos satélites e decodificado pelos receptores é o mesmo em
todas as partes do mundo.
O uso universal e gratuito de informações precisas de tempo do GPS é
crucial para diversas atividades, possibilitando sensíveis reduções de custos e
significativo aumento de suas capacidades, como, por exemplo:
· A telefonia celular e as redes de dados fazem uso do tempo GPS para
manter todas as suas estações ou bases em perfeita sincronização. Isso
permite um maior número de celulares conectados ao mesmo tempo e que
o uso otimizado de freqüências de estações de rádio difusoras digitais.
· O uso do tempo GPS para marcar o momento de transações financeiras,
como, transferências entre bancos. Os bancos de dados de companhias
financeiras são balizados e gerenciados com base no tempo GPS.
· Redes de pesquisas e vigilância cujos elementos precisam atuar de forma
conjunta, como redes de radares meteorológicos e rede de vigilância de
fenômenos sísmicos. A medição precisa da ocorrência de eventos em
diversas estações possibilita a rápida análise de origem e evolução dos
fenômenos, sendo que no caso do sistema sismológico, permite a quase
imediata identificação do epicentro.
· A sincronização de tempo dos pontos de controle de redes de distribuição
de energia elétrica é importante para a rápida determinação de eventuais
pontos de ruptura da rede.
· Determinação de tempos de competições esportivas, possibilitando,
inclusive, a validação de recordes mundiais.
· Nas filmagens, para a sincronização de sons e imagens e o emprego de
simultâneo de diversas câmeras.

Por ser de acesso universal e sem custos, novas aplicações para o tempo
GPS surgem a cada instante, em quase todos os campos de emprego de
tecnologia no controle de múltiplos eventos.
Tel/Fax: (55-21) 2521-1300
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b) Veículos de Superfície
Há dois tipos de aplicação básicos do GPS em veículos terrestres:
localização e navegação.
i) GPS localização: o receptor é instalado no veículo e acoplado a um transmissor
que envia a um centro de controle a posição atualizada do veículo, de forma
continuada e automática. È normalmente empregado com as seguintes
finalidades:
· Na gestão de tráfego de trens, ônibus, caminhões e táxis, bem como
sistema de acompanhamento de cargas em movimento, possibilitando uma
melhor gestão de logística, inclusive da aplicação efetiva de conceitos
modernos como TDD (time-definite delivery);
· Na ajuda ao combate contra roubos e furtos de veículos e cargas, pela
facilidade de sua localização imediata, possibilitando ações policiais
oportunas. Conforme o sistema adotado, possibilita, ainda, ações remotas
de desligamento do motor ou bloqueio dos freios. Os veículos dotados
deste tipo de GPS têm seu premio de seguro reduzido.
· No Brasil, conforme decisão do Conselho Nacional de Trânsito, a partir de
2010, todos os veículos novos já sairão de fábrica com o GPS Localização.
ii) GPS Navegação: está cada vez mais difundido o uso de receptores GPS a
bordo de veículos (ônibus, trens, táxis, carros particulares e motos) equipados
com sistemas de mapas de estradas e ruas de muitas cidades, possibilitando uma
navegação mais segura e direta. Incorporam ainda informações relativas à
distâncias e tempos de viagem, bem como de localização de pontos turísticos,
postos de gasolina, hospitais, etc. Hoje ao se chegar a uma cidade desconhecida,
o visitante ao alugar um carro não necessita adquirir mapas rodoviários ou da
cidade, mas apenas de um GPS Navegação. A sua praticidade e utilidade faz
cada vez do GPS um equipamento essencial em todos os veículos.
O GPS é um elemento essencial, junto com telecomunicações e meios de
processamento, do futuro Sistema de Transporte Inteligente (ITS) em
desenvolvimento em diversos centros de pesquisa do mundo. O ITS prevê um

serviço de apoio avançado a motoristas, entre outros, para ultrapassagens e
prevenção de colisões. Esse sistema exigirá uma precisão de localização de cada
veículo em movimento de no máximo 10 centímetros.
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c) Setor Espacial
Receptores de GPS com softwares apropriados estão proporcionando
aumento da eficiência e redução de custos de concepção, lançamento e operação
de satélites artificiais, tais como:
· Soluções de Navegação - proporcionando alta precisão na determinação de
órbitas e redução do trabalho de equipes de solo;
· Soluções de Altitude – substituindo custosos sensores de bordo dos
satélites por receptores de GPS com múltiplas antenas e algoritmo
específico;
· Soluções de Tempo – substituindo os caros relógios atômicos de bordo por
receptores de GPS de baixo custo e elevada precisão;
· Monitoramento de Lançamento de Satélites - substituindo ou reforçando os
radares de monitoramento e controle de lançamento com equipamentos
GPS de baixo custo.
No que concerne às futuras missões à Lua e Marte, a Agência Espacial
Americana (NASA) está estudando o emprego da tecnologia GPS para apoiar a
exploração desses corpos celestes. Uma concepção prevista é o lançamento de
constelações do tipo GPS em órbita da Lua e de Marte.
a. Aviação
Aviadores do mundo todo têm usado o GPS para melhorar a eficiência da
navegação aérea, graças à sua capacidade de informar continuamente e com
precisão a posição tridimensional (latitude, longitude e altitude) das aeronaves, em
todas as fases do vôo.
Depois da Organização da Aviação Civil Internacional (OACI) ter
reconhecido no GPS potencial para assumir o papel de elemento básico do futuro
Sistema Global de Navegação por Satélites (GNSS), aceitando o oferecimento dos
Estados Unidos para o uso indefinido do sistema pela aviação civil internacional,

sem qualquer tipo de descriminação ou custo, diversos países vêm adotando o
sistema como meio suplementar ou primário de navegação aérea.
Para atender com todos os requisitos de precisão, continuidade e
integridade, a OACI estabeleceu normas para a implantação dos chamados
“sistemas de aumentação”, ou seja, sistemas com infra-estrutura complementar
que atuando em conjunto com o GPS melhoram sua confiabilidade, precisão e
nível de integridade. A OACI definiu dois tipos de sistemas de aumentação, os de
grande área baseados em satélites geoestacionários e os locais, baseados em
infra-estrutura terrestre. A Administração Federal de Aviação (FAA) dos Estados
Unidos implantou no país um sofisticado sistema de aumentação de grande área,
chamado de WAAS, abrangendo a precisão de posicionamento e o monitoramento
da integridade do sistema, cobrindo todo o seu território. Com isso, as aeronaves
podem navegar em seu espaço aéreo com precisão aumentada e realizar
procedimentos de aproximação para pouso sem o auxílio de sistemas terrestres
de navegação e pouso (VOR, ILS).
No Brasil, considerando as severas distorções dos sinais do GPS causadas
pela ionosfera em nosso território, o Departamento de Controle do Espaço Aéreo
(DECEA) optou pela adoção de sistemas locais de aumentação de precisão e
integridade, abrangendo um ou mais aeroportos de uma mesma cidade, para o
apoio de procedimentos de aproximação e pouso de precisão. Um sistema piloto
local foi implantado no Aeroporto Internacional do Galeão para testes. Com
relação ao monitoramento da integridade para apoiar a navegação em rota e a
realização de procedimentos de aproximação e pouso de não-precisão, será
implantado um sistema específico de grande área.
O GPS propicia, além de eficiência e sensível economia de combustível
pela possibilidade de execução de vôos em rotas diretas e não balizadas por
auxílios terrestres, sensível redução da rede de equipamentos terrestres de apoio
à navegação. Tem ainda o potencial de possibilitar, com investimentos reduzidos,
a operação por instrumentos de um número cada vez maior de aeroportos do país.
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Produtos
SGB GPS
SBAS
LM - Local
Monitors
Boa Vista
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Sistema de Aumentação Local do
Galeão
Projeto Piloto
Reference receivers
Reference receivers
?
VDB
Receivers
Receivers
Y
SISTEMA DE MONITORAMENTO DE
PERFORMANCE DO GNSS
DECEA
Internet
Informações
Aeronáuticas
Brasilia
Rio de Janeiro
Curitiba
Recife
Brazil TRS
Brazil TMS
Porto Alegre
GPMS
Processamento
GEO
Monitoramento
CGNA/ACC/APP
Manaus
Porto
Velho
Belém

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b. Outras Exemplos de Áreas de Aplicação:
· Geodésia: De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
(IBGE), o desenvolvimento do Sistema Geodésico Brasileiro - SGB,
composto pelas redes altimétrica, planimétrica e gravimétrica, pode ser
dividido em duas fases distintas: uma anterior e outra posterior ao advento
da tecnologia de observação de satélites artificiais com fins de
posicionamento. No Brasil, o emprego do GPS possibilitou, por exemplo, a
expansão do SGB à região amazônica, permitindo o estabelecimento do
arcabouço de apoio ao mapeamento sistemático daquela área;
· Agricultura de Precisão: Sistemas com base no perfeito posisiconamento
de máquinas agriculas e de aviões de pulverização têm ajudado a melhorar
a eficiência e produtividade da agricultura brasileira, com sensível economia
de recursos;
· Navegação Marítima: Tem sido de grande utilidade tanto na navegação
em alto mar, quanto nas operações em áreas portuárias, essas já apoiadas
em diversos locais com sistemas de aumentação do tipo GBAS;
· Segurança Pública: Empregado em conjunto com sistemas de
comunicações, possibilitando à Central de Controle conhecer a posição de
suas patrulhas e direcioná-las de forma eficiente e eficaz para o
atendimento de emergências;
· Meio Ambiente: Empregado para definir perímetros de áreas protegisas,
identificar setores ameaçados e conduzir as ações de combate a
desmatamentos, incendios, etc.
VII. Conclusão
O Sistema de Posicionamento Global (GPS), a exemplo da Internet,
começou como um sistema interno ao Governo dos Estados Unidos, mas, pelo
seu grande potencial de impacto na sociedade mundial, logo tornou-se de uso
público.
As questões institucionais naturais a um sistema emprego global, como a
sua propriedade e natureza militar, vêm sendo satisfatotiamente encaminhadas
pelas Agências da Organização das Nações Unidas, como a Organização da
Aviação Civil Internacional (OACI). Não obstante, o maior indicador de
confiabilidade no funcionamento continuado do GPS para uso civil está no seu uso
macisso pela sociedade americana, como por exemplo, na navegação aérea.

Seja como for, há que se aplaudir o advento dessa nova tecnologia, a qual
representa um salto fantástico na arte de navegar na superfíce da Terra, com
potencial de ser aplicado no sonho da humanidade de conquista do espaço.
Para entender o que representa o advento GPS para pilotos, navegadores e
aventureiros nada melhor do que lembrar as palavras do grande escritor e piloto
francês, Antoine Saint-Exuperry, em seu livro “Vôo Noturno”, publicado em 1930:
“A noite estava muito escura. Eu estava voando entre nevoas e
núvens, o que fazia a noite ainda mais escura.... Eu notei no
horizonte uma tênue luz, pensei que era de um faról. Imagine a
alegria que produz um pequeno ponto brilhante que contém
tudo. Eu aproei a pequena luz, era um estrela...”
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*Washington Machado é Diretor Presidente da Fundação Serviços de Defesa e Tecnologias de
Processos.
Fontes e Referências:
· Site oficial do Governo dos EUA sobre GPS: www.gps.org
· Administração Fedral de Aviação (FAA). Site www.faa.gov
· Organização da Aviação civil internacional (OACI). Site www.icao.int
· Chujo, Amália e Walter, Fernado. Operações de Vôo Seguras e Eficientes
Usando o Conceito GBAS/SBAS. Instituto Tecnológico da Aeronáutica.
· Pequeno, Àlvaro. Palestra “Impantação do Sistema CNS/ATM no Brasil.
DECEA. Brasil. 2008.
· Dana, Peter H. “ Global Positioning System Overview. EUA. 2006.
· Melgaço, Lucas. Aula sobre GPS. Brasil.
· GPS Prime. ARINC Incorporated. EUA. 1994.

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