Sistema de Posicionamento

por Satélites

Elaboração e Organização:

Profa. Dra. Andréia Medinilha Pancher

Edição: Maria Isabel C. de Freitas

Cartografia

SISTEMAS DE POSICIONAMENTO POR SATÉLITE

São sistemas de radio-navegaçãodesenvolvidos para o posicionamentode pontos, que tomam por basesatélites artificiais em orbita ao redorda Terra. Denominados Sistemas deSatélites de Navegação Global (GNSS)

GPS – primeiro sistema de rádio-navegação baseado em satélites,desenvolvido e operado pelo DoD.

Possibilita que usuários, em terra, mar ear determinem suas posiçõestridimensionais (latitude, longitude ealtitude), velocidade, hora

24 horas por dia independente decondições atmosféricas, em qualquerlugar do mundo.

Hístórico

O GPS surgiu como

produto da corrida

armamentista entre os

EUA e a ex-URSS,

para obter, em tempo

real, a posição exata

de alguma entidade

(pessoa, veículo,

aeronave, míssel,

navio, etc.). Em 1973,

o Departamento de

Defesa dos EUA

(DoD), iniciou o projeto

GPS.

O GPS deriva do

sistema denominado

NAVigation Satellite

with Time And

Ranging (NAVSTAR) ,

cujo primeiro satélite

foi lançado em 1978

Modelo básico do sistema Entradas – sinal do satélite com as

informações básicas para o cálculo de

posição

Processamento (interação das entidades

para atingir um processo de transformação)

– cálculo da posição efetuado pelos

receptores e cálculo processado pelo

segmento de controle dos parâmetros

orbitais dos satélites

Saídas – posição exata de uma entidade na

superfície terrestre

Componentes do GPS

Fonte: ROCHA, p. 28, 2002

GPS

Microprocessador – tecnologia que impulsionou o desenvolvimento do GPS

Sistemas de Informação – sistemas computacionais que processam informação = informação necessária para a tomada de decisão

Determinação da posição

– Sistema de Informação Geográfica (SIG): baseado em computador para coletar, manusear e analisar dados georeferenciados.

– Informação georeferenciada: relacionada a certo ponto da superfície terrestre identificado por coordenadas geográficas

Tomada de decisão programada

GPS de navegação Diálogo – formado por várias telas de informações

disponíveis pelo software do receptor;

Dados – produzido pelo receptor com o contínuo cálculo da posição geográfica corrente;

Modelo – análise das atividades envolvidas na ciência ou na arte da navegação.

O que é um receptor GPS?– Um computador dedicado, com um dispositivo de

entrada de dados (a antena receptora das ondas de rádio enviadas pelos satélites), consistindo na base sobre a qual é feito o cálculo da posição corrente após o ajuste do relógio do receptor pelo do satélite

GPS

Quais as possibilidades do GPS?

– Através de módulos pequenos o GPS permite: ajuste e calibração; inserção de pontos; cálculo de distâncias e azimutes, definir rotas, ativar rotas, função MOB, etc., a fim de solucionar um problema maior que é navegar de um ponto a outro na superfície da Terra.

Componentes do GPS

– Segmento Espacial – satélites e seus sinais. O GPS é formado por 24 satélites, orbitando numa altitude de 20.200km em 6 órbitas com uma inclinação, em relação ao Equador, de 55o. Cada um realiza uma volta em torno da Terra a cada 12 horas.

– Segmento de Controle – monitoração, geração, correção e avaliação de todo o sistema. Há uma estação central (MASTER) nos EUA (Colorado Springs, Colorado) e outras estações monitoras em toda a Terra.

– Segmento de Usuários – todos os tipos de aplicações, métodos de posicionamento, formas de recepção, processamento dos sinais e todos os tipos de receptores

Como funciona o GPS?

Dados de Código: computados a partir do código gerado pelo satélite GPS e, em seguida, transmitidos para o usuário, por meio de um sinal de rádio.

– GPS de navegação – C/A (Course/Acquisition) – SPS (Standard Positioning Service)

Almanaque: formado por dados genéricos da localização e as condições de todos os satélites da constelação GPS. Esse pode ser obtido a partir de qualquer um dos satélites. Os sinais são recebidos pelo receptor GPS por meio de circuitos eletrônicos denominados sinais.

O receptor captando sinais de 3 ou mais satélites, calculará a posição atual em qualquer lugar da terra através do “software” (programa) armazenado em sua memória. Os receptores devem “enxergar” um mínimo de 3 satélites para o contínuo cálculo da sua posição através da triangulação. Às vezes, mais satélites podem ser necessários para determinar a posição.

Como o GPS calcula a posição?

O receptor GPS mede a distância entre ele mesmo e 3 satélites no espaço, usando essas medidas como raios de 3 esferas, cada uma delas tendo um satélite como centro. A posição do receptor será o ponto comum de interseção das 3 esferas. A determinação da distância e da posição do satélite é calculada com base nos dados do almanaque (tabela do números dos satélites com seus parâmetros orbitais) armazenado na memória do receptor GPS.

http://www.seronline.pt/biblioteca/recursosweb/FQA_SistemasdeNavegacao_v2/gps.html

Após o cálculo da posição em qualquer lugar da Terra, o receptor GPS terá sempre de cinco a doze satélites em vista. O receptor, sempre selecionará os melhores satélites em vista para o cálculo das posições a uma taxa de, na maioria dos receptores de navegação, 1 nova posição por segundo.

Posição Bidimensional (2D navigation: latitude e longitude)– 3 satélites com boa geometria.

Posições tridimensionais (3D navigation) – 4 ou mais satélites.

O receptor GPS fornece coordenadas, altitude (em relação a um modelo matemático da terra), velocidade, azimute e hora baseado no mínimo de condições favoráveis; bem como distâncias, fotoperíodo, visibilidade lunar, dentre outras.

Qual é a precisão do GPS?

Precisão

– S/A (Selective Availability) – DoD: 100 metros. Ruído eliminado em maio de 2000, o que melhorou a precisão do equipamento

– GPS DE NAVEGAÇÃO: precisão planimétrica de 5 a 10 metros;

DOP (Diluição da Precisão – dilution of precision)

– Objetivo: contínua avaliação da melhor ou pior distribuição de satélites acima do horizonte.

– Indica o melhor ou o pior momento para obter uma posição.

– Os valores de 1 a 10 são obtidos através de cálculos matemáticos, sendo que 1 é o melhor valor e 10 o pior, isto é, baixos valores indicam uma boa distribuição dos satélites e, altos valores de DOP uma má distribuição.

Altitude

– GPS fornece a altura elipsoidal referente ao Word Geodetic System

(WGS-84): baseia-se em geometria, onde a Terra é representada

matematicamente por um elipsóide de revolução, sem considerar a

gravidade. A diferença entre o geóide e o elipsóide de revolução é

denominada de ondulação geoidal. A tabela abaixo permite corrigir a

altitude, ou altura elipsoidal, referente ao elipsóide WGS-84, a qual é

fornecida em metros, por qualquer receptor GPS de navegação.

Qual é a precisão do GPS?

Lat.Long. 80o W 70o W 60o W 50o W 40o W 30o W

10o N 1 -11 -41 -42 -16 3

0o 14 10 -15 -27 -18 3

10o S 1 32 4 -18 -13 -9

20o S 9 35 20 -5 -6 -5

30o S 9 32 16 4 -8 4

40o S 8 23 15 -2 -6 6

– Técnica usada em tempo real ou pós-processamento

para remover a maioria dos erros no uso do GPS.

– Receptor estacionário sobre um ponto de coordenadas

conhecidas (estação base)

– GPS DIFERENCIAL: precisão planimétrica de 10 cm a 3 metros

– GPS PRECISÃO ALTIMÉTRICA: usualmente 3 vezes a precisão planimétrica

DGPS (Diferential GPS)

http://clientes.netvisao.pt/manumelo/Metodos_Posicionamento.htm

http://www.estateservices.com.au/

GPS Garmin

Página de apresentação com a constelação de satélites

e o posicionamento do ponto

Conceitos de Cartografia

Escala

– GPS NAVEGAÇÃO: precisão de 5 a 10 metros, utilizado para escalas de

1:50.000 e menores.

– GPS DIFERENCIAL: precisão de 10 cm a 3 metros, utilizado para escalas de

1:10.000 e maiores.

A forma da Terra

– GPS calcula a posição num sistema cartesiano global (x, y, z) geocêntrico e a

apresenta na tela, no formato escolhido no “Navigation Setup”. Também, as

coordenadas estão de acordo com o elipsóide de revolução padrão (WGS-84).

– Navigation Setup – o usuário seleciona o sistema geodésico no qual as cartas

foram elaboradas. Esse sistema abrange parâmetros do elipsóide de referência

adotado pelo órgão que produziu as cartas, denominado de Datum Horizontal.Datum - superfície de referência que abrange 5 parâmetros: ponto do

terreno, altura geoidal, elipsóide de referência, coordenadas astronômicas de

cada ponto de partida e azimute deste ponto. Esse forma a base para o

cálculo dos levantamentos de controle horizontal, através do qual é

considerada a curvatura da Terra. Nível de referência ao qual as altitudes são

referidas geralmente, porém não a rigor o nível médio do mar.

Datum de controle horizontal – ponto de referência geodésico que

representa a base dos levantamentos horizontais, dos quais são conhecidos

os mesmos parâmetros já destacados na definição de Datum. O Datum de

controle horizontal pode estender-se por um continente ou limitar-se a uma

pequena área.

Conceitos de Cartografia

– Datum sul-americano de 1969 (SAD69) – adotado para uniformizar a rede de controle básico continental, e destinado a todos os levantamentos de projetos de engenharia e operações cartográficas. Para a sua determinação foi usado um número suficiente de posições astronômicas bem distribuídas e bem amarradas a uma rede de triangulação exata. A sua origem é a localidade chamada Chuá, no Brasil, situada numa área de pequena perturbação. À seguir apresenta-se sua definição:

• Astronômica

Latitude: 19o 45’ 41”, 34 S + ou – 0”, 05

Longitude: 48o 06’ 07”, 80 W + ou – 0”, 08

Azimute de Uberaba: (medido no sul)

271o 30’ 05” 42 + ou – 0”, 21

Afastamento Geoidal: N = 0 metros

Definição do Elipsóide do SAD69:

Semi-eixo maior: a = 6.378.160 metros

Achatamento: f = 1/298,25

Geodésica

Latitude: 19o 45’ 41”, 6527 S

Longitude: 48o 06’ 04”, 0639 W

Azimute de Uberaba: 271o 30’ 04”, 05

Conceitos de Cartografia Coordenadas Geográficas

– Elementos (latitude e longitude) para definir a posição de um ponto (waypoint)

Nortes de Referência (Proa)

– Norte Magnético: direção indicada pela agulha magnética da bússola. É o referencial 0o ou 360o.

– Norte Verdadeiro: em qualquer ponto da Terra, é a direção ao ponto Norte geográfico.

– Declinação magnética: ângulo formado entre o Norte Verdadeiro e o Norte Magnético. Os receptores GPS, no geral, calculam automaticamente a Declinação magnética.

Rumos e Azimutes

– Azimute: ângulo medido no sentido horário, entre a linha Norte-Sul e esta direção, com variação entre 0o e 360o.

– Rumo: exprime direções por meio das bússolas graduadas em quadrantes, de 0o ou 90o. O rumo é o menor ângulo horizontal que uma direção forma coma direção Norte-Sul, nunca ultrapassa de 90o.

GPS Garmin

Aplicativos do GPS: Bússola, traçado de rota e sub-menus

Exemplo de Relatório de Campo

DGPSUsed GPS Observations

Nome dN (m) dE (m) dAlt (m) Precisão

Horizontal (m)

Precisão Vertical

(m)

base1-p1 915.132 -3014.345 -12.106 0.009 0.009

base1-p17 -12707.219 6057.599 -18.124 0.006 0.009

base1-p18 -12793.801 1711.948 -24.158 0.007 0.016

base1-p19 -12913.947 1718.352 -29.836 0.005 0.014

base1-p2 1296.145 -1019.672 1.089 0.002 0.003

base1-p20 -14214.932 1591.293 -30.054 0.005 0.009

base1-p21 -14661.753 -1296.953 -28.993 0.005 0.018

base1-p22 -15030.237 -4571.663 -28.460 0.009 0.018

base1-p23 -9560.158 25172.529 -24.511 0.011 0.022

base1-p3 1342.706 700.508 -19.415 0.004 0.007

base1-p4 -7.539 2813.177 -18.669 0.003 0.005

base1-p5 -1607.912 2040.439 8.645 0.011 0.024

base1-p6 -752.516 -970.943 -22.432 0.004 0.006

base1-p7 -411.694 -4452.524 -19.528 0.014 0.023

base1-p8 1143.912 -4574.632 -22.146 0.013 0.023

base1-p9 -676.978 -3377.442 -22.023 0.021 0.031

base1-pg19 -145.026 794.016 -7.758 0.019 0.054

base1-rn02 915.886 -3145.137 -18.369 0.027 0.027

p10-p11 -7222.177 5558.864 -27.166 0.005 0.007

p10-p12 -7030.783 4667.096 -22.604 0.019 0.023

p10-p13 -7063.617 4529.878 -11.307 0.018 0.028

p10-p14 -7196.866 2808.444 -5.156 0.019 0.043

p10-p16 -3900.337 4654.467 -26.297 0.006 0.009

BIBLIOGRAFIA

ROCHA, J. A. M. R. GPS: uma abordagem prática. 3a edição. Recife: Ed.

Bagaço. 2002, 184p.

TAREFA – Levantamento dos Sistemas

de Posicionamento por Satélite

Dividam-se em 4 grupos

(GRUPOS I, II, III E IV)

Realizem um levantamento bibliográfico

na biblioteca e na internet sobre os

sistemas de posicionamento por satélite

Temas por grupo: I – GLONASS; II –

GALILEO; III – COMPASS; IV - GPS

Apresentação de seminário de 10 minutos

por grupo + relatório + PPT para daqui 2

semanas.