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GEODÉSIA ESPACIALGEODÉSIA ESPACIALGEODÉSIA ESPACIALGEODÉSIA ESPACIAL
Um pequeno histórico sobre Sistemas de Posicionamento.
• Onde estou?• Para onde vamos?
São as primeiras indagações do homem.
De Navegações Marítimas e as Viagens Espaciais
A criação de vários instrumentos
Sextante
Sistemas de navegações baseados em ondas de rádio
• Estes sistemas não abrangiam o
posicionamento global e era
limitado em sua acurácia. Quando
apresentavam cobertura global
seus custos eram ainda mais
elevados e com baixa precisão.
Transit
http://slideplayer.com.br/slide/3660122/
Constelações GNSS
Navstar-GPS (Global Positioning System)
• Desenvolvido pelo Departamento de Defesados Estados o Navstar-GPS é um sistema derádio navegação. Fusão de dois sistemasamericanos: Timation e System 621B, daMarinha e Força Aérea, respectivamente.
• O GPS quando declarado operacional em1995 possuía 24 satélites em orbita, em2005, 29 satélites e em 2007, 30 satélites,com dois tipos de serviço: o dePosicionamento Padrão (SPS) e o dePosicionamento Preciso (PPS).
GLONASS
• Global’naya Navigatsionnaya Sputnikowaya Sistema,concebido na década de 1970, na antiga URSS(União das Repúblicas Socialistas Soviéticas), um
sistema similar ao GPS. Atualmente desenvolvido e
operado pela Russian Federation Space Forces,
também para uso militar, mas civis usam semproblemas.
• Declarado totalmente operacional em 1995 com 24 satélites (possuindo vida útil de
três anos), mas com a crise financeira, satélites não foram mais lançados até 2006,quando estavam com apenas 10 satélites operacionais, com a retomada de
investimentos já em 2007 sinais estavam disponíveis para usuários civis, em 2010 todo
território russo estava coberto pelos satélites, em 2011 a constelação de 24 satélites foirestaurada, e hoje seus satélites mais recentes tem vida útil de 10 anos.
Galileo
• A União Europeia começou a desenvolver em1999 o Galileo, seu sistema de navegação. Em2005, seu primeiro satélite experimental foilançado, o GIOVE-A.
• Este sistema tem controle civil e interoperacionalidade com GPS e GLONASS.
Sistema de Posicionamento por Satélite: Sistema de Posicionamento por Satélite: Sistema de Posicionamento por Satélite: Sistema de Posicionamento por Satélite:
Segmento Espacial (GPS):
https://www.glonass-iac.ru/en/GPS/
Segmento Espacial(GPS):
Segmento espacial GPS consiste em uma constelação de satélites que
transmitem sinais de rádio aos usuários.
A uma altitude de aproximadamente 20200km, com seis planos orbitais
igualmente espaçados. Um período orbital é de 12 horas siderais
aproximadamente e a inclinação dos planos orbitais é 55°, garantindoque no mínimo quatro satélites GPS, estejam visíveis a qualquermomento e lugar. Com sistema de referência WGS84.
Segmento Espacial (GPS):
•
Sinais GPS:
O GPS transmite três ondas
portadoras:
L1 = 1575,42 MHz e λ =~ 19cm;
L2 = 1227,60 MHz e λ=~ 24cm;
L5 = 1176,45 MHz e λ=~ 25,5cm.
http://www.gps.gov/systems/gps/space/
Segmento Espacial (GPS):
Estrutura básica do sinal GPS:
Segmento Espacial (GPS):Novos Sinais GPS:
L1C L2C L5
http://www.gps.gov/systems/gps/modernization/civilsignals/
Segmento Espacial (GLONASS):
https://www.glonass-iac.ru/en/GLONASS/
Segmento Espacial (GLONASS):
Com três planos orbitais, com inclinação de 64,8°, e oito satélites igualmenteespaçados. Sua altitude é de 19.100 Km e seu período orbital é de 11h15min44s.Com inclinação maior que a do GPS tem melhor cobertura em altas latitudes.Sistema de referência: PZ-90 (Parametry Zemli – 90)
A frequência L1 é dada por:
��� = �� + �∆����� = 1602���∆��� = 0,5625���
K: representa o canal do satélite (k=0, 1, 2, 3, ..., 24)
E as portadoras L1 e L2 tem a seguinte relação:���
���=
�
�
Assim as bandas de frequência vão de 1598,0625 a 1604,25 MHz para L1 e de
1242,9375 a 1247,75 MHz para L2.
Segmento Espacial (Galileo):
http://www.galileoic.org/node/148
Segmento Espacial (Galileo):
CAPACIDADE OPERACIONAL INICIAL (COI):18 satélites em órbita por menos de 4m de precisão horizontal interoperávelcom GPS para maior precisão (os receptores atuais seriam simplesmentenecessários para obter atualizações de firmware).CAPACIDADE OPERACIONAL COMPLETA:Constelação completa operacional (27 + 3 satélites) GALILEO autônomopode ser usado para aplicativos críticos.Estrutura do sinal:Galileo transmite sinais em 3 bandas de frequência (E5, E6 e E1) com 4
portadoras (E5A de 1176,45 MHz, E5B de 1207,14 MHz, E6 de 1278,75 MHze E1 de 1575,42 MHz). L5 e L1 do GPS tem a mesma frequência da E5A eE1 do Galileo.
http://www.galileoic.org/node/149
Segmento de Controle (GPS):
As principais tarefas do segmento de controle são:- Monitorar e controlar continuamente o sistema de satélites;- Determinar o sistema de tempo GPS;- Predizer as efemérides dos satélites, calcular as correções dosrelógios dos satélites;- Atualizar periodicamente as mensagens de navegação de cadasatélite.
Segmento de Controle (GPS):
Segmento de Controle (GLONASS):
O segmento de controle terrestre é responsável por:- Predizer as órbitas dos satélites;- Transferir as efemérides, as correções dos relógios e osalmanaques dos satélites;- Sincronizar os relógios dos satélites com o sistema de tempo doGLONASS;- Estimar as discrepâncias entre o sistema de tempo do GLONASSe o TUC (US);- E controlar os satélites.
Segmento de Controle (GLONASS):
Composto por: -Sistema de controle central; -Central de sincronização de tempo; várias estações de comando e rastreio; -E estações de rastreamento a laser.
O centro de controle fica em Moscou e as estações demonitoramento ficam espalhadas pelo território da antiga UniãoSoviética.
Segmento de Controle (Galileo):
São trinta estações pelo mundo dando apoio na determinação deórbitas e sincronização de tempo. Com dois centros de controle,um gerando mensagens de navegação e sistema de tempo, eoutro controla a integridade.
Segmento de Controle (Galileo):
Segmento de Usuários (GPS):
Segmento de Usuários (GPS):
Principais componentes de um receptor GPS:
-Antena:
-Seção de RF:
-Canais:
-Microprocessador:
- Interface com o usuário:
- Memória:
- Suprimento de energia:
- Comunicação:
Segmento de Usuários (GPS):
Classificação dos receptores:
Classificação de acordo com usuários:- Receptor de uso militar;- Receptor de uso civil.Classificação de acordo com a aplicação:- Receptor de navegação;- Receptor geodésico;- Estação de referência;- Receptor para SIG;- Receptor de aquisição de tempo, etc.
Segmento de Usuários (GPS):
Classificação dos receptores:
Classificação de acordo com os dados proporcionado pelo receptor: - Código C/A;- Código C/A e portadora L1- Código C/A e portadora L1 e L2;- Código C/A e P2 e portadora L1 e L2;- Código C/A, P1 e P2 e portadora L1 e L2;- Código C/A, L2C, P2 e portadora L1 e L2.
Segmento de Usuários (GPS):
Técnicas de processamento do sinal:No Brasil, por causa da atividade ionosférica, usa-se receptoresdas portadoras L1 e L2, com os códigos C/A, P e L2C. A técnicada correlação do código é usada para acessar a portadora,quando o AS não está em operação, sendo assim para L1. ParaL2 tem-se várias técnicas para acessá-la, pois tem moduladosobre ela apenas o código P, sujeito ao AS, como a quadratura dosinal (squaring), correlação cruzada, correlação do código comquadratura do sinal e a Z-Tracking.
Segmento de Usuários (GPS):
SA (Selective Availabity):
Por acharem que a acurácia do posicionamento por
pseudodistâncias a partir do código C/A, estavam muito boas,
criaram dois efeitos que fazem parte da SA:
- Manipulação das efemérides transmitidas (técnica ε);
- Desestabilização sistemática do oscilador do satélite (técnica δ).
Segmento de Usuários (GPS):
AS (Anti-Spoofing):
O código P é criptografado gerando um código protegido, o código
Y, pois o acesso ao código P não é permitido. Assim o AS estando
ativado, apenas usuários autorizados terão acesso ao código Y,
que é a combinação dos códigos P e W.
Segmento de Usuários (GPS):
Sistema de tempo GPS:
Dois sistemas de tempo são usados: o tempo atômico e o tempo
dinâmico. O GPS usa o tempo atômico para registrar o instante da
geração dos sinais e a realização das observações, e o dinâmico,
para expressar a equação do movimento dos satélites.
Segmento de Usuários (GPS):
Exemplo de receptor GPS:
Segmento de Usuários (GLONASS):
Está diretamente ligado aos receptores, sendo que a maioria dos
receptores que rastreiam GLONASS também rastreiam GPS.
Segmento de Usuários (GLONASS):
Sistema de tempo GLONASS
Este sistema do GLONASS refere-se ao TUC da antiga União Soviética, o
qual considera os saltos de segundos. Esse sistema é baseado em um
conjunto de maser de hidrogênio, controlado pela central GLONASS de
tempo. E a relação entre o TUC e o tempo GLONASS é dada por:
��� = ����� !! + "# −3&
O termo "' representa o ensemble entre os relógios usados que é divulgado
nas mensagens de navegação do GLONASS.
Segmento de Usuários (Galileo):
Os receptores Galileo assim como o GLONASS, estão vinculados
em receptores GPS na maioria das vezes, ou receptores que
captam sinais dos três sistemas (GPS, GLONASS e Galileo).
Segmento de Usuários (Galileo):
Serviços e desempenho do Galileo:
- Serviço de acesso aberto (OAS – open access service): - Serviço de acesso comercial (CAS – comercial access service): - Serviço de segurança de vida (SAS – safety of life service): - Serviço público regulamentado (PRS – public regulated service): - Serviço de busca e resgate (SAR – search and rescue service).
Segmento de Usuários (Galileo):
Sistema de tempo:
GST (Galileo System Time) tem duas funções principais: a
manutenção de tempo para a navegação, necessária para
determinar as órbitas dos satélites e para sincronização do tempo;
e para a manutenção do tempo para fins de metrologia. O GST
determina a discrepância entre o tempo GPS e o tempo Galileo.
Referências Bibliográficas:
MONICO, João Francisco Galera. Posicionamento pelo gnss: Descrição, fundamentos e aplicações. 2 ed. São Paulo: UNESP, 2008.
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