Aula 02 - Historico e Introdu o ao GNSS.pptx)paulo... · Segmento Espacial(GPS): Segmento espacial GPS consiste em uma constelação de satélites que transmitem sinais de rádio

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.


•

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/


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):


Principais componentes de um receptor GPS:

-Antena:

-Seção de RF:

-Canais:

-Microprocessador:

- Interface com o usuário:

- Memória:

- Suprimento de energia:

- Comunicação:


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.


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.


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.


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).


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.


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.


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).


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).


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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