Sistema de Posicionamento por Satélites - GPS.pdf · PDF fileGPS Sistema de...

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  • GPSGPSSistema de PosicionamentoSistema de Posicionamentopor Satlites Artificiaispor Satlites Artificiaispor Satlites Artificiaispor Satlites Artificiais

    P r o f . T i a g o B a d r e M a r i n o G e o p r o c e s s a m e n t oD e p a r t a m e n t o d e G e o c i n c i a s I n s t i t u t o d e A g r o n o m i a

    U F R R J

    SumrioSumrio

    O QUE GPS?

    FUNCIONAMENTO DO GPS

    DIFERENTES SISTEMAS

    SISTEMA GNSS

    SISTEMA GPS

    SISTEMA GLONASS

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 2 Prof. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJProf. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJ

    SISTEMA GLONASS

    SISTEMA GALILEO

    PERTURBAES DO SINAL

    SumrioSumrio

    TCNICAS DE MELHORA DO SINAL

    DGPS

    WAAS

    WADGPS

    EGNOS

    PROCESSAMENTO GPS

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 3 Prof. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJProf. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJ

    PROCESSAMENTO GPS

    VANTAGENS E DESVANTAGENS

    UTILIDADES DE GPS

    EXEMPLOS DE APLICAO

    REFERNCIAS

    O que o GPS?O que o GPS? Uma das necessidades bsicas do Homem

    foi saber onde se encontrava.

    O Homem desde cedo se questionou: emque parte do Mundo que eu estou?

    GPS o Sistema de Posicionamento Global.

    Utiliza uma tecnologia via satlite quepermite determinar a sua posio sobre a

    Alguns modelos de receptor GPSAlguns modelos de receptor GPS

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 4

    permite determinar a sua posio sobre aTerra em latitude, longitude e altitude.

    Os receptores GPS medem os sinaisprovenientes de 3 ou mais satlites emsimultneo e determinam a sua posioatravs da trilaterao destes sinais.

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    GPS: Localizao por GPS: Localizao por trilateraotrilaterao

  • O que o GPS?O que o GPS? Composto atualmente por 24 satlites ativos e 3

    de reserva.

    rbita a 20.200 km de altitude, distribudos por

    6 planos orbitais diferentes.

    Esta distribuio garante que qualquer ponto da superfcie daTerra est, em qualquer momento, "em linha de vista" com pelomenos 4 satlites.

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 5

    menos 4 satlites.

    Inicialmente criado com intuitos exclusivamente militares egerido pelo Departamento de Defesa do Estados Unidos.

    Definitivamente aberto utilizao pblica no ano 2000.

    A partir dessa data ficou disponvel para todos a capacidade dedeterminao da posio geogrfica e de navegao entrequaisquer dois pontos da superfcie terrestre.

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    SumrioSumrio

    O QUE GPS?

    FUNCIONAMENTO DO GPS

    DIFERENTES SISTEMAS

    SISTEMA GNSS

    SISTEMA GPS

    SISTEMA GLONASS

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 6 Prof. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJProf. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJ

    SISTEMA GLONASS

    SISTEMA GALILEO

    PERTURBAES DO SINAL

    Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS

    O GPS, bem como os seus sistemas equivalentes, o europeuGalileu e o russo Glonass, recorrem a um processo geomtrico detrilaterao (trilateration).

    Desde agosto de 2000 que, graas introduo do WAAS (Wide-Area Augmentation System) que a preciso do GPS inferior a 2metros (aviao civil - EUA).

    E com o recurso ao DGPS

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 7

    E com o recurso ao DGPS

    (Differential GPS), utilizando

    emissores fixos, na superfcie

    terrestre, essa preciso pode

    atingir 1 centmetro!

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    TrilateraoTrilaterao

    Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS

    Tudo se resume a medir o tempo que o sinal emitido por cada satlite demora aatingir a nossa antena receptora.

    A velocidade a que este sinal se propaga pelo espao vazio cerca de 300.000km/s. Multiplicando esta velocidade pelo tempo medido obtemos a distncia.

    Para obteno de distncias com a preciso de 1 metro preciso medir o tempocom uma preciso na ordem dos 0,000000003 segundos (entre 3 e 4nanossegundos)!

    Para medir diferenas temporais dessa ordem necessrio que os satlites e osreceptores disponham de relgios extremamente precisos.

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 8

    receptores disponham de relgios extremamente precisos.

    Os satlites cumprem esse requisito pois possuem relgios atmicos carssimos,mas os nossos receptores dispem apenas de relgios de quartzo (baratosporm imprecisos).

    Para ultrapassar esse inconveniente o sistema GPS recorre a um artifcioengenhoso: faz com que o relgio do aparelho receptor seja constantementeatualizado com a hora atmica transmitida pelos satlites do sistema GPS.

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  • Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS Saber a que distncia estamos de cada satlite suficiente para sabermos a

    nossa posio?

    No. Primeiro preciso sabermos onde est cada satlite.

    Cada satlite comunica ao receptor constantemente um almanaque com a suaposio no espao para podermos determinar nossa prpria posio.

    Quantos satlites so necessrios para determinar a nossa posio?

    Em teoria, trs! Mas na prtica so usados quatro. Vejamos melhor porqu...

    Com um satlite do qual conhecemos a distncia a que est de ns, apenas nos possvel dizer que a nossa localizao um ponto qualquer sobre uma esfera

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 9

    possvel dizer que a nossa localizao um ponto qualquer sobre uma esferaimaginria com raio igual a essa distncia:

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    Podemos estar em qualquer um dos pontos sobre esta

    superfcie!

    Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS Se conhecermos tambm a distncia a que estamos de um segundo satlite, j

    nos possvel afirmar que a nossa posio um ponto qualquer sobre acircunferncia imaginria que resulta da interseco das duas esferas.

    Agora as possibilidades, embora sejam ainda em nmero infinito, j estolimitadas ao plano da circunferncia, em duas dimenses.

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 10 Prof. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJ

    Podemos estar em qualquer um dos pontos sobre esta linha vermelha!

    Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS Com um terceiro satlite, a interseco desta ltima esfera com a

    circunferncia reduz a ambiguidade sobre a nossa localizao a 2pontos.

    Um dos pontos pode ser eliminado pela simples razo de seencontrar no espao e ns sabemos estar na superfcie da Terraest encontrada a nossa posio!

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 11 Prof. Tiago Badre Marino Geoprocessamento - Departamento de Geocincias Instituto de Agronomia - UFRRJ

    Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS Para que serve o quarto satlite ?

    Primeiro motivo: dispensa a utilizao do raciocnio atrs descrito. O quartosatlite permite "escolher" um dos 2 pontos anteriormente determinados esabermos, alm da latitude e da longitude (duas dimenses), a altitudeexata da nossa localizao.

    Entretanto, ainda mais importante: permite verificar se existe o essencialsincronismo de todos os relgios.

    De fato, se as medidas que o nosso receptor fez das distncias foremperfeitas - com o seu relgio perfeitamente sincronizado com os dos

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 12

    perfeitas - com o seu relgio perfeitamente sincronizado com os dossatlites - ento as 4 esferas intersectam-se num nico ponto. Mas se asmedidas forem imperfeitas, isso no acontecer.

    Ento o receptor, alertado para o erro pela quarta medio, aplicar o fatorde correo necessrio para que as 4 esferas se intersectem num nicoponto.

    E nesta altura que passamos a ter na nossa mo, como bnus, um relgioto preciso quanto os mais caros relgios atmicos!

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  • Funcionamento do GPSFuncionamento do GPS Como determinada a posio do receptor ?

    Uma vez conhecidas as distncias a cada um dos satlites h que calcularas coordenadas tridimensionais da posio do receptor: XR, YR e ZR.

    c x (TS-TR) = [(XS - XR) + (YS - YR) + (ZS - ZR)]1/2 Pitgoras para 3D

    em que c = velocidade da luz, TS = tempo da emisso, TR = tempo darecepo, XS, YS, ZS = posio do satlite, e XR, YR, ZR = posio doreceptor.

    Os parmetros conhecidos so TS (a hora de emisso do sinal), XS, YS,

    GPS - Sistema de Posicionamento por Satlites Artificiais 13

    Os parmetros conhecidos so TS (a hora de emisso do sinal), XS, YS,ZS (a posio do satlite) e, claro, a velocidade do sinal c (299792,458km/s).

    As incgnitas so 4: XR, YR, ZR (a posio do receptor) e TR (a hora derecepo do sinal).

    4 incgnitas 4 equaes 4 satlites.

    H que estabelecer um sistema de coordenadas comum a ambos: WGS84.

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