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SISTEMAS GLOBAIS DE
NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE
(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE
SYSTEMS)
GNSS
Iana Alexandra Alves Rufino
[email protected]
GNSS
 GNSS: engloba os sistemas
 GPS (USA);
 GLONASS (Rússia);
 GALILEO (União Européia);
 COMPASS (China);
 IRNSS (Índia).
GNSS
 o sistema posicionamento global dos Estados Unidos
NAVSTAR (GPS) é o único GNSS inteiramente operacional;
 O GLONASS russo é um GNSS em processo de ser
restaurado;
 O sistema GALILEO da União Européia é um GNSS da nova
geração na fase inicial da distribuição, programada para ser
operacional em 2010;
 A China indicou que pode expandir seu sistema de
navegação COMPASS (Beidou2), ainda regional, em um
sistema global;
 O IRNSS da Índia, também regional, é programado para ser
operacional em 2012.
Sistema de Posicionamento Global – GPS
Global Positioning System
 Tecnologia que permite a localização espacial em
qualquer parte da superfície terrestre, através da
recepção de sinais de rádio enviados por satélites
(24)
 Desenvolvido pelo Dep. De Defesa dos EUA (1960),
projeto NAVSTAR.
 Fins militares até 1980 (Ronal Reagan)
 Clinton em 2000 cancelou a disponibilidade seletiva
(RMS 10 m)
Generalidades
A utilização de ondas de rádio e satélites artificiais
em navegação teve início na década de 60 com o
desenvolvimento do “Navy Navigational Satellite
System” (NNSS ou TRANSIT)
Em 1973, o “U.S. Department of Defense” iniciou
um programa para testes e desenvolvimento de um
sistema de posicionamento de alta precisão, o qual
recebeu a denominação de “NAVigation System
with Time And Ranging Global Positioning System”
(NAVSTAR GPS).
Generalidades
O sistema NAVSTAR GPS, ao contrário
do TRANSIT, fornece maior precisão nas
informações de navegação e uma
cobertura diária contínua, devido ao
grande número de satélites disponíveis.
GPS:
Um sistema baseado em
princípios globais
GPS
-Disponibilidade contínua 24 horas/dia
-Cobertura Global
-Lat/Long/Alt/Data-hora
-Precisão 10 metros
-Precisão diferencial sub-centimétrica
-Independente das condições
climatológicas
Por que usar em levantamentos
?
Segmentos GPS
Pilares do Projeto NAVSTAR
GPS
Segmento
Espacial
Segmento
Controle
Segmento
Usuário
SEGMENTO ESPACIAL
Segmentos GPS
Segmento Espacial
Segmento do Usuário
Estações de Monitoramento
Diego Garcia
Ascension Is.
Kwajalein
Hawaii
Colorado Springs
Segmento de Controle
Segmento
Espacial
Operação para colocação de satélites em órbitas
Segmento
 > 24 satélites na constelação
final
 6 planos com inclinação
55°
 em cada plano 4 satélites
 Órbita muito alta
 20.183 km, 12.545 milhas
 período aprox. 12 horas
 precisão
 grande autonomia
 cobertura global
 Vida útil 10 anos
Espacial
Segmento
Espacial
 Inclinação dos planos orbitais dos satélites GPS
SEGMENTO DE CONTROLE
Segmento Controle / Monitoramento
Principais objetivos:
Monitorar continuamente o segmento
espacial;
Predizer as efemérides dos satélites;
Calcular as correções dos relógios dos
satélites;
Atualizar as mensagens de navegação
Segmento Controle /
Monitoramento
Segmento Controle /
Monitoramento
SEGMENTO
USUÁRIO
Segmento do Usuário
O GPS fornece dois serviços de
posicionamento:
• SPS - “Standard Positioning Service”
Usuário civil – Código utilizado é C/A.
• PPS - “Precise Positioning Service”
Usuário militar ou Autorizado – Código utilizado é P.
Segmento do Usuário
SPS - “Standard Positioning Service”
Batimetria Automatizada
Georreferenciamento de bombas
Mapeamento de redes
Locação de barragens
Fiscalização de áreas irrigadas
etc
Segmento
do
Usuário
– Usuário civil
Batimetria
automatizada
Segmento do Usuário – Usuário civil
Georreferenciamento de moto-bombas
Segmento do Usuário – Usuário civil
Mapeamento de rede de açudes monitorados
Segmento do Usuário – Usuário Autorizados
PPS - “Precise Positioning Service”
Militares Americanos
Serviços Autorizazdos
Segmento do Usuário
– Usuário Autorizados
Lançamento de mísseis
Posicionamento de Tropas
Guerra do Afeganistão
Segmento do Usuário – Usuário Autorizados
Pesquisa geodésicas/Estudos científicos
Cálculo da Posição
A função de um receptor GPS é localizar 4 ou
mais
desses
satélites,
determinar
a
distância para cada um e utilizar esta
informação para deduzir sua própria posição.
Essa operação é baseada em um princípio
matemático simples chamado trilateração. A
trilateração em um espaço tridimensional pode
parecer um pouco complicada, então
começaremos explicando o que é trilateração
bidimensional.
Cálculo da Posição
• Imagine que você esteja em algum lugar na
Paraíba e está TOTALMENTE perdido, não
tem a menor idéia de onde está. Você
encontra um morador local amigável e
pergunta a ele: "Onde eu estou?". Ele lhe diz:
"Você está a 61 km de Campina Grande,
Paraíba".
• Uma ajuda, mas que não é tão útil sozinha.
Você poderia estar em qualquer lugar ao
redor de Campina Grande, desde que em um
raio de 61 km, desta maneira:
Cálculo da Posição
Campina Grande
Cálculo da Posição
• Você pergunta a outra pessoa onde está e
ela diz: "Você está a 58 km de João
Pessoa-PB". Agora você está chegando a
algum lugar: se combinar esta
informação com a informação anterior,
você terá dois círculos que se cruzam.
Agora você sabe que tem de estar em
uma dessas duas interseções, já que está
a 70 km de Campina e a 58 km de João
Pessoa.
Cálculo da Posição
Campina Grande
João Pessoa
Cálculo da Posição
• Se uma terceira pessoa lhe disser que você
está a 27 km de Juripiranga-PB,
eliminará uma das possibilidades, pois o
terceiro círculo irá se cruzar somente com um
desses
pontos.
Assim,
você saberá exatamente onde está: Cajá,
Paraíba.
• Esse conceito funciona da mesma maneira
em espaços tridimensionais, mas estamos
falando de esferas ao invés de círculos. Na
seção seguinte, veremos esse tipo de
trilateração.
Cálculo da Posição
Campina Grande
João Pessoa
Ingá
Juripiranga
Cálculo da posição Prática
Distância para um satélite:
você pode está em qualquer ponto de uma
esfera.
Estamos em algum
ponto sobre a esfera
20.000 km
Cálculo da posição - Prática
Uma segunda medição fornece como solução a
interseção entre duas esferas: uma circunferência
20.000 km
21.000 km
Interseção:
cicunferência
Cálculo da posição - Prática
Solução adicionando uma 3ª medição: dois pontos
A interseção de três
esferas são só dois
pontos
Na prática 3 medições são suficientes para determinar a
posição. Um dos pontos (solução) é descartado já que é uma
solução impossível fisicamente.
Cálculo da posição - Prática
A 4ª medição decidirá entre os dois pontos
A 4ª medição apontará
para só um dos pontos
A 4ª medição permite resolver (remover) o
erro do clock (tempo) do receptor
FONTES DE ERROS
Atraso Atmosféricos
Multicaminhamento
Multipath
Barreiras naturais
ERROS DO SISTEMA
ERROS DO SISTEMA
Dilution of precision (DOP)
Diluição da precisão - Sistema
Um indicador da estabilidade na posição resultante
 DOP depende da geometria da constelação
 Menor DOP --> posição mais precisa
 Maior DOP --> posição menos precisa
 VDOP = Relativo a posição vertical
 HDOP = Relativo a posição horizontal
 PDOP = Relativo ao posicionamento tridimensional
Diluição da Precisão (DOP)
geometria dos satélites
S/A Disponibilidade Seletiva
Durante a fase de implementação do GPS,
esperava-se que a acurácia do posicionamento
utilizando pseudodistâncias a partir do código
C/A fossem da ordem de 400 m. No entanto,
testes realizados mostraram acurácia em torno
de 20 a 40 m.
http://videos.howstuffworks.com/howstuffworks/38-how-gps-worksvideo.htm