Uchôa 1

GATNAVSTAR-GPS

Prof. Carlos Augusto Uchôa da Silva

Universidade Federal do Ceará - UFCCentro de Tecnologia – CT

Programa de Mestrado em Engenharia de Transportes - PETRAN

Uchôa 2

GNSS (Global Navigation Satelitte System)

• GNSS-1:Ampliação do GPS e GLONASS, além de componentes como WAAS (US Wide Area Augmentation System) e o EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) ;

• GNSS-2: Implantação do GALILEO e modernização do GPS

Uchôa 3

GLONASS

• Glonass is a Soviet space-based navigation system comparable to the American GPS system. The operational system contains 21 satellites in 3 orbital planes, with 3 on-orbit spares. Glonass provides 100 meters accuracy with its C/A (deliberately degraded) signals and 10-20 meter accuracy with its P (military) signals

Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya SistemaGlobal Navigation Satellite System

http://www.glonass.it/index_e.htm

Uchôa 4

GALILEO• Galileo will be Europe’s own global navigation satellite system, providing a highly accurate, guaranteed global positioning service under civilian control. It will be inter-operable with GPS and GLONASS, the two other global satellite navigation systems. The fully deployed Galileo system consists of 30 satellites (27 operational + 3 active spares), positioned in three circular Medium Earth Orbit (MEO) planes at 23 222 km altitude above the Earth, and with each orbital plane inclined at 56 degrees to the equatorial plane.

13 January 2006ESA PR 04-2006. After the successful launch of the GIOVE-A satellite on 28 December 2005 and the acquisition of the first 'Galileo' signal on 12 January 2006,

http://www.esa.int/SPECIALS/Galileo_Launch/

SEMAOAMZCIE_0.html

Uchôa 5

Atenção!!! Fique esperto...

• NAVSTAR-GPS é uma sigla em inglês que identifica um Sistema de Posicionamento Global que possibilita a Navegação por Satélites através do uso de tempo

e/ou distâncias. Apenas GPS para os mais íntimos.

Uchôa 6

Uma busca muito antiga! Desde que o Homem tornou-se um ser bípede e começou a vagar sobre a terra, ele busca uma forma de representar esse deslocamento, seu caminho, sua trajetória e os lugares por onde passa de forma simples. Este é o problema básico, e que realmente deu e até hoje ainda dá muito trabalho ao Homem. Os primeiros viajantes, provavelmente levavam pilhas de pedras para marcar o caminho, mas isso dava certo apenas ao redor de seu próprio acampamento, o que acontecia quando nevava ou chovia e as marcas eram arrastadas ou encobertas?

Uchôa 7

O que é GPS? Quando o Homem começou a explorar os oceanos, o problema ficou ainda pior. Não havia como colocar marcas de pedra e nem marcas terrestres para referência.A única coisa com que se podia contar, eram as estrelas.

Infelizmente, as estrelas estão muito distante e independente de onde se olhe, é praticamente a mesma coisa.Assim, o único jeito é fazer medidas muito cuidadosas, e obviamente à noite e em noites de céu limpo.

Uchôa 8

E na água?

O Homem moderno com todas as suas engenhocas eletrônicas tem tentado conseguir que novos sistemas, mas até estes tem seus problemas. Se você for um marinheiro, certamente já ouviu falar de LORAN e DECCA. Eles são sistemas que funcionam bem no litoral, onde existem cadeias de estações LORAN e DECCA.

Até mesmo com os melhores instrumentos de navegação celestial, pode-se determinar a posição apenas de forma aproximada ( 1800 m), o que não era aceitável, principalmente quando se está tentando encontrar um porto à noite.

Uchôa 9

Ocorre que esses sistemas não cobrem o resto da terra e ainda sofrem variação na exatidão do posicionamento dependendo de interferências elétricas e variações geográficas. Um outro sistema que usava satélites como o GPS é TRANSIT.Digamos que o sistema TRANSIT ou SAT-NAV como também era conhecido, foi o antecessor direto do sistema GPS.

Resolvemos o problema então?

Uchôa 10

Finalmente, o DoD, Departamento de Defesa americano, desenvolveu um sistema que realmente funciona bem, o GPS. Baseado em uma constelação de 24 (28) satélites artificiais que orbitam a Terra. Talvez possamos chamá-los de “estrelas feitas pelo Homem” para substituir as estrelas inicialmente usadas na navegação.Custo de implantação: U$$ 12 billion

Ufa!! O GPS

Uchôa 11

GPS20000 Km

Os satélites GPS estão alto o bastante para evitar os problemas encontrados pelos sistemas terrestres de posicionamento;

Acurácia suficiente para posicionamento pontual;Disponibilidade 24 horas por dia;

Atualmente, pode conseguir precisões de cerca de 10 m (modo absoluto) e até poucos mm (modo relativo fase).

Uchôa 12

Agora sim!!• Transporte;

• Veículos autônomos;• Segurança;• Monitorização de transporte

(aréo, terrestre e marítimo);• Geodésia;• Topografia (cadastro urbano

e rural);• Sistemas de informações

Geográficas;• Controle ambiental

(queimadas, desmatamento, demarcação de áreas indígenas e parques);

• Controle de deslocamento de grandes estruturas;

• Sensoriamento Remoto e Fotogrametria e outros.

( X, Y, Z )

( , , h )( N, E, h )

Uchôa 13

Origem...” De onde saiu isso? ”

• NAVSTAR-GPS (NAVigation Satellite with Timing And Ranging – Global Positioning System);

• Surgiu da união dos programas militares TIMATION (Marinha) e 621B(Aeronáutica);

• Controlado pelo Departamento de Defesa Americano (DOD);

• Lançamento do primeiro satélite em 1978 (bloco I), hoje tem também satélites dos blocos II, IIA e IIR. Em breve, possivelmente em 2005 será lançada uma nova geração de satélites bloco IIF (L5?).

Uchôa 14

O sistema TRANSIT

• O GPS foi desenvolvido para substituir o sistema TRANSIT, seu antecessor que embora tenha servido de maneira bastante significativa, apresentava uma série de limitações (baixa altitude dos satélites, poucos satélites, logo pouca cobertura, demora excessiva na coleta de dados, e outros).

Uchôa 15

Compare TRANSIT e GPS!

c a r a c t e r í s t i c a s G P S T R A N S I T a l t u r a d a ó r b i t a 2 0 2 0 0 k m 1 1 0 0 k m

p e r í o d o 3,587511 h ( t e m p o s i d e r a l )

1 0 5 m i n .

f r e q ü ê n c i a s t r a n s m i t i d a s

1 5 7 5 , 4 2 M H z ( 1 9 , 0 5 c m )

1 2 2 7 , 6 0 M H z ( 2 4 , 4 5 c m )

1 5 0 M H z ( 2 0 0 c m ) 4 0 0 M H z ( 7 5 c m )

d a d o s d e n a v e g a ç ã o

4 D : X , Y , Z , t ; ( v e l o c i d a d e , a c e l e r a ç ã o )

2 D : ,

d i s p o n i b i l i d a d e c o n t i n u a m e n t e 1 5 - 2 0 m i n . p o r p a s s a g e m p r e c i s ã o 1 5 m ( c ó d i g o - P / n ã o S A ) ,

0 , 1 n ó s 4030 m e d e p e n d e d o e r r o d e

v e l o c i d a d e c o n s t e l a ç ã o d e

s a t é l i t e s 2 1 - 2 4 4 - 6

g e o m e t r i a c o n s t a n t e v a r i á v e l r e l ó g i o d o s a t é l i t e r u b í d i o , c é s i o q u a r t z o

Uchôa 16

Pra que serve esse tal GPS? O GPS é um sistema de multipropósitos,

que permite aos usuários determinar suas posições expressas em latitude, longitude e altura geométrica ou elipsoidal; em função das coordenadas cartesianas X,Y,Z em relação ao centro de massa da Terra. Quando se faz a determinação da posição de um ponto por GPS, as coordenadas são referenciadas em relação ao elipsóide WGS84.

Uchôa 17

Controle (USA)1. Colorado Springs2. Diego Garcia3. Havai4. Ascension Is.5. Kwajalein

Colorado Springs

Segmentos GPS, o que são?

Usuários (Civis e militares)

Espacial

Uchôa 18

• 24/26 satélites na constelação 24/26 satélites na constelação final final

– 6 planos orbitais com 6 planos orbitais com inclinação 55°inclinação 55°

– 4 satélites em cada plano 4 satélites em cada plano orbitalorbital

• Órbita muito altaÓrbita muito alta

– 20 183 km, 12 545 milhas20 183 km, 12 545 milhas

– período de 12 horas sideraisperíodo de 12 horas siderais

– precisão geodésicaprecisão geodésica

– grande autonomiagrande autonomia

– cobertura globalcobertura global

Segmento Espacial

Uchôa 19

Construindo um satélite GPS!

Uchôa 20

5 blocos de diferentes satélites

Bloco I (1978)

Bloco II (1989) Bloco IIA (1989)

Bloco IIR (1998)Bloco IIF (L5 ???)

Em breve

Uchôa 21

6 Planos orbitais

0º

A B C D E F

45º

90º

135º

180º

180º

225º

270º

315º

Equador

0º 60º 120º 180º 240º 300º300º

Uchôa 22

Os satélites GPS são sistemas unidirecionais de emissão, isto é, os sinais são transmitidos somente pelos satélites. Os sinais se propagam das antenas dos satélites até as antenas dos receptores, estes por sua vez apenas recebem estes sinais.

Os sinais GPS

Uchôa 23

Segmento de Controle, onde?

Uchôa 24

•Rastrear os satélites GPS e fornecer suas posições periodicamente;

•Corrigir as efemérides transmitidas e os erros dos relógios;

•Determinar o tempo GPS;

•Predizer as efemérides e o comportamento dos relógios dos satélites;

•Atualizar, periodicamente, a mensagem de navegação para cada satélite em particular.

Pra que serve o seg. de Controle?

Uchôa 25

Usuários!! Quem são?• Cartógrafos;• Agrimensores;• Engenheiros;• Tecnólogos;• Técnicos ou pessoas com usos

específicos tais como:– Segurança;– Navegação Terrestre,

Marítima, Fluvial e Aérea;– Mapeamento de áreas de

extração de minério e madeira;

– Reconhecimento;– Pesca;

– Hidrografia;– Sistema de Informações

Geodráficas;– Cadastro urbano e de

propriedades rurais;– Salvamento;– Lazer (caminhadas);– Monitoramento de veículos;– Monitoramento de

desmatamento e queimada;– Automação;– Zoneamento Ecológico-

Econômico (ZEE);– Outros

Uchôa 26

Navegação

Pesca

Agricultura de precisãoAgricultura de precisãoControle de Deformação

Cadastro urbanoNavegação

SIG

Exploração MineralAutomaçãoLazer

•ZoneamentoEcológico-Econômicio;

•Monitoramento de áreas de queimadas e desmatamento;

•Cadastro de propriedades rurais;

Fins militares, Guerra.Apoio à FotogrametriaApoio ao Sensoriamento Remoto

Certamente vc terá uma

aplicação, ache a sua e entre no mundo do

GPS!!!

Uchôa 27

Como funciona esse GPS?

O princípio básico de funcionamento é realmente bastante simples,apesar do sistema usar equipamentos e métodos da mais avançada tecnologia.Para entendermos melhor, dividiremos o funcionamento do sistema em 5 passos básicos. Começaremos com as grandes idéias e depois detalharemos pontualmente.

Uchôa 28

A base do sistema é a trilateração por satélites 1

Para trilaterar, o GPS mede a distância entre as antenas dos satélites e a antena do receptor usando dentre outras grandezas, o tempo de viagem de um sinal de rádio (onda eletromagnética)

2

3

Para medir o tempo de viagem, o GPS precisa de relógios muito precisos

4 Uma vez conhecida a distância, é necessário saber onde estão os satélites no espaço

Como o sinal GPS atravessa a atmosfera terrestre, ele sofre alguma perturbação durante essa viagem

Como o GPS funciona?

5

Uchôa 29

A distância é a idéia básica? Passo 1

O sistema determina “nossa” posição em função da distância entre a antena de um dado receptor e as antenas de um grupo de satélites no espaço. Os satélites GPS servem de referência precisa para nós. Algumas perguntas podem surgir, talvez: Como medir a distância se os satélites estão muito longe? Como saber exatamente por onde e como os satélites estão se movendo? Essas duas perguntas serão ignoradas no momento!!! Confiem em mim por hora.

Uchôa 30

Passo 1 Digamos que estamos perdidos e tentando nos localizar, podemos estar em qualquer lugar!!!. Se sabemos que estamos a uma distância, digamos 20000 Km, de um satélite A, realmente, reduzimos muito as possibilidades do universo onde podemos estar. Nossa posição é em algum lugar na superfície de uma esfera cujo raio é 20000 km. Ou não?

20000 Km

Uchôa 31

Passo 1 E se além disso, você souber que está a 21000 Km

de um satélite B? Isso reduz mais ainda as possibilidades de onde você pode estar, que se resume a um círculo, formado pela intersecção das duas esferas.

20000 Km 2100

0 K

m

Sat A

Sat B

Uchôa 32

Passo 1 Imaginem agora que se conheça a distância a um

terceiro satélite, o satélite C de 20500 Km. Isso reduz o universo de possibilidades de onde eu posso estar a apenas dois pontos.

20000 Km

Sat A

21000 Km

Sat B

2050

0 K

m

Sat C

Uchôa 33

Passo 1

20000 KmSat A

21000 Km

Sat B

2050

0 K

m

Sat C

22000 Km

Sat D

As medidas de apenas 3 satélites seriam necessárias, pois um dos pontos, geralmente ficaria fora da Terra, mas por outros motivos que não serão detalhados agora, necessita-se de um quarto satélite, o satélite D.

Uchôa 34

Passo 2 Medindo a distância entre o receptor e o satélite GPS

Surpreendentemente, a idéia básica por trás de uma das formas de medir essa distância é muito antiga. Vocês lembram da velha e boa:

Como ondas de rádio viajam à velocidade da luz (≈300000 km/s), temos que medir exatamente quando o sinal partiu da antena do satélite e quando chegou à antena do receptor, pra isso, é claro que temos de ter excelentes relógios, capazes de marcar um intervalo de tempo tão pequeno com uma enorme precisão. A maioria dos receptores pode medir uma diferença na casa do nanosegundo (0,000000001 segundos)

Tempo

EspaçoVelocidade

Uchôa 35

Passo 2 Quando partiu o sinal? (to)

Quando chegou o sinal? (t)tott

Tempo

EspaçoVelocidade

km/s 300000cVelocidadet * 300000 Distância

Distância entre as antenas

Essa informação de tempo de partida do sinal pode ser obtida no receptor através dos sinais que chegam no receptor, pode ser através do código CA ou através do código P. Existe ainda uma outra forma de medir a distância, baseada na contagem de ciclos da onda que transporta o código, são duas, chamadas de portadoras L1 e L2 (Não serão detalhadas agora)

Uchôa 36

Passo 3 Medindo o tempo com perfeição!!Sabemos que o sinal GPS viaja à velocidade

da luz, isso significa que se o relógio errar 1/100 segundo, nossa distância pode estar errada em 3000 km.

Isto se consegue equipando os satélites GPS com relógios atômicos, extremamente precisos e caros.

4 segundos6 se

gundos

7 se

gund

os5 segundos

Posição calculada errada em função da distância errada, função do tempo errado!!Dinâmica dos fios

Uchôa 37

Passo 4 Saber onde estão os satélites no espaço!!Temos assumido em tudo que foi visto até

agora que sabe-se exatamente onde estão os satélites no espaço, assim, pode-se determinar nossa posição em função da posição deles. Mas como saber onde está algo quando se está a 20000 km no espaço????

Neste caso, estar tão alto é um benefício para nós, uma vez livres da atmosfera terrestre, a predição das órbitas dos satélites fica muito mais exata.

Semelhante à lua, que tem orbitado nosso planeta por milhões de anos sem mudanças significativas no período, nossos satélites GPS também tem uma órbita muito previsível (efemérides transmitidas e precisas).

Uchôa 38

Viajando pela atmosfera terrestre

Passo 5 A trajetória do sinal GPS

• Relógios atômicos nos satélites;

• Usa-se uma medida extra (4 satélites) para eliminar o erro dos relógios;

• Posição orbital corrigida (efem.precisas);

Mas, apesar de tudo isso, quão exato pode ser o sistema? Existem duas fontes de erros difíceis de eliminar: Ionosfera e Troposfera. A Ionosfera talvez provoque os erros mais significantes na trajetória do sinal entre as antenas dos satélites GPS e as antenas dos receptores.

Uchôa 39

Passo 5 Erros que ocorrem no processo de propagação do sinal GPS

Os sinais GPS, as duas portadoras moduladas com os códigos, são emitidas pelas antenas dos satélites e se propagam no vácuo até encontrarem a atmosfera terrestre, esta será dividida simplificadamente em duas camadas: a Ionosfera (camada ionizada) e a Troposfera (camada gasosa).

Ionosfera (≈ 1000 km)

Troposfera (≈ 60 km)

Uchôa 40

Radiação Solar Absorção Parcial pelo átomo de oxigênio

Produzindo um íon de

Oxigênio e um elétron livre

e-O+Átomo de oxigenio

inicialmente neutro

Processo simplificado de formação da Ionosfera

A radiação solar incide em um átomo de gás (ou molécula). Neste processo, parte desta radiação é absorvida pelo átomo, onde são produzidos, um elétron livre e um íon positivamente carregado.

Uchôa 41

Assim, a ionosfera é uma camada ionizada (eletricamente carregada). Essas partículas afetam a passagem do sinal GPS. Mudam a velocidade de propagação do sinal, provocando um retardo, e por conseguinte modificando a distância, uma vez que para o cálculo considera-se a velocidade constante. Sabe-se que a velocidade da luz é uma constante apenas no vácuo.

Como minimizar esse problema?

•Pode-se predizer a qual será a variação da velocidade sob condições ionosféricas médias e regulares, ocorre que a ionosfera não é comportada (modelos matemáticos);

•Utilizar receptores de dupla freqüência (a velocidade de propagação é inversamente proporcional ao quadrado da freqüência, essa relação conhecida pode ajudar a minimizar os erros (ionospheric free solution);

Uchôa 42

A TroposferaDepois de atravessar a ionosfera, o sinal GPS

entra na atmosfera terrestre, mais especificamente na troposfera, infelizmente o vapor d´água em nossa atmosfera também pode afetar o sinal e apesar dos erros causados pela troposfera terem praticamente a mesma dimensão daqueles causados pela ionosfera, estes são muito previsíveis e de fácil correção, isso faz com que afetem muito menos o posicionamento. (modelos físicos que variam de acordo com teperatura, umidade relativa do ar e pressão atmosférica).

Essa tá na mão!!!

Uchôa 43

O sinal GPSDuas ondas portadoras (L1 e L2);

Cada uma delas transporta códigos modulados (CA, P1 e P2);

•Nem todo conjunto receptor tem capacidade de receber todos esses sinais: Receptor de navegação (apenas CA);Receptor de uma freqüência (L1 +CA);Receptor de dupla freqüência (L1, L2, CA e P).

Uchôa 44

Estrutura do sinal GPS

•PortadorasPortadoras L1 L2 L1 L2

•FreqüênciasFreqüências 1 575,42MHz 1 227,60MHz1 575,42MHz 1 227,60MHz

•Comprimento onda 19 cm 24 cmComprimento onda 19 cm 24 cm

•CódigosCódigos C/A, P (P1), D P (P2), D C/A, P (P1), D P (P2), D

•1 bit do código C/A corresponde a aprox. 300m1 bit do código C/A corresponde a aprox. 300m

•1 bit do código P corresponde a aprox. 30m1 bit do código P corresponde a aprox. 30m

Uchôa 45

Métodos de posicionamento

Absoluto ou ponto simples

Relativo ou diferencial

Correções Diferenciais

Uchôa 46

A essa altura todos estão de “saco cheio, com sono,

cansados” e se perguntam :

“ E pra que serve esse

tal GPS?”

Uchôa 47

Serve para orientar, navegar, determinar com exatidão e precisão impressionantes

as coordenadas tridimensionais de um dado ponto na superfície terrestre ou

próximo dela. E isso, supre definitivamente uma das maiores

necessidades humanas, a de se localizar.(X,Y,Z) ou (,,h) ou (N,E,h) no sistema de

referência que se deseje.

Uchôa 48

A RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo)

É uma rede de estações GPS permanentes composta por 14 estações operadas diretamente pelo IBGE e 1 estação operada pelo INPE, sendo portanto, uma ferramenta suporte para utilização da tecnologia GPS no Brasil e o principal elo de ligação com os sistemas de referência internacionais.

Uchôa 49

Vantagens da RBMC Em decorrência da permanente coleta de

observações, ela permite o cálculo contínuo das coordenadas sobre a superfície terrestre, monitorando deste modo, as deformações da crosta terrestre. Desta forma é possível quantificar a variação temporal das coordenadas do Sistema Geodésico Brasileiro, proporcionando, assim, um referencial constantemente atualizado aos usuários.

Uchôa 50

RBMC 2003

14 estações em “funcionamento

”

Uchôa 51

RBMC 200418 estações em “funcionamento”

Uchôa 52

RBMC 2005

19 estações em “funcionamento”

Uchôa 53

24 estações em “funcionamento”

RBMC 2006

Uchôa 54

Estação RBMC Fortaleza (IGS)

Nome da Estação - FortalezaIdent. da Estação - FORTInscrição no Monumento - SAT 92009Código Internacional - 92009Informações Adicionais - Esta estação pertence à Rede de Referência do SIRGAS e à Rede de Densificação do IGS

Uchôa 55

Estação RBMC Belém

Uchôa 56

Instalada comacesso remoto

Instalada comacesso local

Futuras instalações

Rede RIBACRede RIBACBoa Vista

Tabatinga

Cruzeirodo Sul

Manaus

Apui

Porto VelhoRio Branco

Colorado d’Oeste

Itaiutuba

SantaremAltamira

São F. do XinguMarabá

Belém

Macapá

Palmas

São LuizFortaleza

NatalTeresina

Petrolina

Maceió

E. Martins

SalvadorB.J. da Lapa

Eunápolis

VitóriaP. Prudente

Uberaba

M. Claros

B. Horizonte

R. de JaneiroS. Paulo

CuritibaF. Beltrão

Sta. MariaP. Alegre

Brasília

C. Grande

CuibáB. Garças

Colider

S.F. Araguaia

RIBAC(Rede Incra de Bases Comunitárias,São 44 estações GPS de uma freqüência)

Uchôa 57

RIBAC Norte

Uchôa 58

RIBAC Nordeste

Uchôa 59

Estação de Referência - Fortaleza

Localização: Sede da Superintendência Regional do INCRA no Ceará

Endereço: Av. José Bastos, nº 4700

Receptor: Estação de referência marca TRIMBLE, modelo CBS, com 12 canais, de freqüência única (L1).

Datum: WGS84

Latitude: 03°45'25,1250" S

Longitude: 038°33'30,0380" W

UTM (N): 9.584.722,5595 m

UTM (E): 549.040,8391 m

Meridiano Central: -39

Altura Elipsoidal: 23.7

Altura da antena: 0,00 m

Fortaleza

Uchôa 60

O certo é o seguinte, haveria ainda muito a ser dito, mas isso é apenas um “aperitivo”, muito a ser detalhado. O refinamento e o entendimento do

sistema como um todo, bem como seus métodos de posicionamento, estratégias de processamento,

softwares, e outros. Mas isso é assunto pra muitas e muitas horas de reflexão, campo, cálculo, processamento e análise de resultados.....

Até breve. Saudações Azulinas....

Prof. Dr. Carlos Augusto Uchôa da SilvaTécnico Edificações

Engenheiro CivilEspecialista em Estradas e Aeroportos

Mestre em GeodésiaDoutor em GPS

Uchôa 61

Receptores GPSHá três diferentes “famílias” de receptores

GPS no mercado, diferindo entre si no tipo de sinal observado, utilização que se fará dele, precisão posicional e custo:•Receptores de Navegação (recepção apenas do código CA);

•Receptores de uma freqüência •(recepção da portadora L1 e código CA);

•Receptores de dupla freqüência •(recepção das portadoras L1 e L2 e dos código CA e P).

Uchôa 62

Arquivo de dados GPSPara compatibilização do uso de dados

gerados a partir de receptores de diferentes fabricações, resolveu-se padronizar um formato de arquivo que pudesse ser entendido e processado por diferentes programas de processamento GPS. Este padrão é conhecido pela sigla RINEX. Do inglês Receiver Independent Exchange Format. Na verdade são alguns arquivos, todos em formato texto. Dos quais os mais importantes são o arquivo de navegação e o arquivo de Observação.

Uchôa 63

O formato RINEXArquivos com nomes idêntico e extensões

diferentes com as seguintes características:

•NOME (4 CARACTERES);•DIA GPS (3 CARACTERES NUMÉRICOS);•SEÇÃO DE OBSERVAÇÃO (1 CARACTER NUMÉRICO);•ANO GPS (DOIS DÍGITOS NUMÉRICOS);•TIPO DE ARQUIVO (1 CARACTERER ALFANUMÉRICO, N(NAVEGAÇÃO) E O(OBSERVAÇÃO);

EX: MANA3391.01NMANA3391.01O

Uchôa 64

Arquivos Rinex

Uchôa 65

Objetivo do Rinex

Proporcionar intercâmbio de informações entre os diferentes fabricantes da

área de GPS.

Uchôa 66

Software ASoftware A Software BSoftware B

Receptor AReceptor A ReceptorReceptor B B

RinexRinex

Intercâmbio RinexIntercâmbio Rinex

Uchôa 67

Criação do Arquivo Rinex

O primeiro modelo do Rinex foi O primeiro modelo do Rinex foi desenvolvido pelo Instituto Astronômico desenvolvido pelo Instituto Astronômico da Universidade de Berne , para facilitar da Universidade de Berne , para facilitar o intercâmbio de dados GPS que seriam o intercâmbio de dados GPS que seriam

coletados durante a Campanha GPS coletados durante a Campanha GPS européia (EUREF 89) , que envolvia européia (EUREF 89) , que envolvia

mais de 60 receptores de 4 fabricantes mais de 60 receptores de 4 fabricantes diferentes.diferentes.

Uchôa 68

Formatos de arquivos

Arquivo de observaçãoArquivo de observação

Arquivo de NavegaçãoArquivo de Navegação

Arquivo MeteorológicoArquivo Meteorológico

Arquivo de Navegação GlonassArquivo de Navegação Glonass

Arquivo de Navegação - GEOArquivo de Navegação - GEO

Uchôa 69

Padrões do RinexPadrões do Rinex Nome : ssssdddf.yytNome : ssssdddf.yyt

onde t pode ser :onde t pode ser :

o : arquivo de observaçãoo : arquivo de observação

n : arquivo de navegaçãon : arquivo de navegação

m : arquivo meteorológicom : arquivo meteorológico

g : arquivo de navegação glonassg : arquivo de navegação glonass

h : arquivo de satélite geoestaconárioh : arquivo de satélite geoestaconário

Uchôa 70

Padrões do RinexPadrões do Rinex Números dos satélites : snnNúmeros dos satélites : snn

onde s pode ser :onde s pode ser :

G ou espaço : satélite GPSG ou espaço : satélite GPS

R : satélite GlonassR : satélite Glonass

S : satélite GeoestacionárioS : satélite Geoestacionário

T : satélite Transit T : satélite Transit

Uchôa 71

Estrutura dos arquivos

Cabeçalho Cabeçalho (informações gerais)(informações gerais)

Matrizes padrão Matrizes padrão (informações específicas)(informações específicas)

Uchôa 72

Arquivos MeteorológicosArquivos Meteorológicos

Uchôa 73

ConteúdoConteúdo

Pressão - PRPressão - PR

Temperatura Seca - DTTemperatura Seca - DT

Umidade relativa - HRUmidade relativa - HR

Atraso do sinal na direção zenital (para Atraso do sinal na direção zenital (para troposfera seca) - ZWtroposfera seca) - ZW

Atraso do sinal na direção zenital (para Atraso do sinal na direção zenital (para troposfera úmida) -ZDtroposfera úmida) -ZD

Atraso total do sinal na direção zenital - ZTAtraso total do sinal na direção zenital - ZT

Uchôa 74

2.10 METEOROLOGICAL DATA RINEX VERSION / TYPEXXRINEXM V9.9 AIUB 3-APR-96 00:10 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF A MET DATA FILE COMMENTA 9080 MARKER NAME 3 PR TD HR # / TYPES OF OBSERVPAROSCIENTIFIC 740-16B 0.2 PR SENSOR MOD/TYPE/ACCHAENNI 0.1 TD SENSOR MOD/TYPE/ACCROTRONIC I-240W 5.0 HR SENSOR MOD/TYPE/ACC 0.0 0.0 0.0 1234.5678 PR SENSOR POS XYZ/H END OF HEADER 96 4 1 0 0 15 987.1 10.6 89.5 96 4 1 0 0 30 987.2 10.9 90.0 96 4 1 0 0 45 987.1 11.6 89.0

ExemploExemplo

Uchôa 75

Arquivos de NavegaçãoArquivos de Navegação

Uchôa 76

ObjetivoObjetivo

O arquivo de navegação nos O arquivo de navegação nos dá informações (elementos dá informações (elementos

keplerianos) que tornam keplerianos) que tornam possível o conhecimento da possível o conhecimento da

posição dos satélites posição dos satélites observados a qualquer observados a qualquer

instante.instante.

Uchôa 77

Broadcast X Efemérides PrecisasBroadcast X Efemérides Precisas

BroadcastBroadcast

- informação instantânea- informação instantânea

- processamento rápido- processamento rápido

Efemérides PrecisasEfemérides Precisas

- informação precisa- informação precisa

- processamento lento- processamento lento

Uchôa 78

ElementosElementos KeplerianosKeplerianos

( X(t) , Y(t) , Z(t) )toe

BroadCastBroadCast

Uchôa 79

Efemérides PrecisasEfemérides Precisas

Uchôa 80

Elementos KeplerianosElementos Keplerianos

M0 M0 n e sqr(a) n e sqr(a) o io o io dot dot IDOT Cuc Cus Crc IDOT Cuc Cus Crc Crs Cic Cis toe Crs Cic Cis toe IODEIODE

Uchôa 81

2.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPEXXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT .1676D-07 .2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06 ION ALPHA .1208D+06 .1310D+06 -.1310D+06 -.1966D+06 ION BETA .133179128170D-06 .107469588780D-12 552960 1025 DELTA-UTC: A0,A1,T,W 13 LEAP SECONDS END OF HEADER 6 99 9 2 17 51 44.0 -.839701388031D-03 -.165982783074D-10 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .934062500000D+02 .116040547840D-08 .162092304801D+00 .484101474285D-05 .626740418375D-02 .652112066746D-05 .515365489006D+04 .409904000000D+06 -.242143869400D-07 .329237003460D+00 -.596046447754D-07 .111541663136D+01 .326593750000D+03 .206958726335D+01 -.638312302555D-08 .307155651409D-09 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .406800000000D+06 .000000000000D+0013 99 9 2 19 0 0.0 .490025617182D-03 .204636307899D-11 .000000000000D+00 .133000000000D+03 -.963125000000D+02 .146970407622D-08 .292961152146D+01 -.498816370964D-05 .200239347760D-02 .928156077862D-05 .515328476143D+04 .414000000000D+06 -.279396772385D-07 .243031939942D+01 -.558793544769D-07 .110192796930D+01 .271187500000D+03 -.232757915425D+01 -.619632953057D-08 -.785747015231D-11 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .389000000000D+03 .410400000000D+06 .000000000000D+00

ExemploExemplo

Uchôa 82

#aP1999 7 21 0 0 0.00000000 96 ORBIT ITR96 HLM IGS## 1019 259200.00000000 900.00000000 51380 0.0000000000000+ 27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19+ 21 22 23 24 25 26 27 29 30 31 0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0++ 4 4 5 4 4 4 4 4 4 4 5 5 4 4 4 6 4++ 4 4 4 5 4 4 4 4 4 5 0 0 0 0 0 0 0++ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0++ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0++ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000%f 0.0000000 0.000000000 0.00000000000 0.000000000000000%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0%i 0 0 0 0 0 0 0 0 0/* FINAL ORBIT COMBINATION FROM WEIGHTED AVERAGE OF:/* cod emr esa gfz jpl ngs sio /* REFERENCED TO GPS CLOCK AND TO WEIGHTED MEAN POLE: /* CLK ANT Z-OFFSET (M): II/IIA 1.023; IIR 0.000 * 1999 7 21 0 0 0.0000P 1 -17436.389906 -12870.603038 15540.317890 91.740719P 2 -9654.184883 23877.090640 5703.427797 -87.598456P 3 -15900.120706 -13090.886848 -16795.944894 24.319954P 4 4993.469211 24721.404293 8111.006096 507.860526P 5 18420.823001 -3240.286463 18833.273454 208.374695P 6 22997.584379 -6208.886700 -11877.718846 0.108587P 7 -5393.857187 14930.792275 21548.820702 566.605633P 8 14399.814792 -4835.443361 21493.515085 639.749423P 9 18244.040119 10467.040993 16306.677436 -3.166068P 10 7279.081788 14582.659623 -20928.240398 38.615846P 13 95.837738 15196.371947 -21732.554216 -37.567582P 14 -19327.225288 6205.959236 17118.817388 27.273931P 15 -16686.099134 -8397.995425 18647.940068 706.224653P 16 -19536.632476 15551.657232 8726.883690 126.646493P 17 9689.237893 -13664.069001 -20588.072611 -216.383096P 18 -21202.131825 8877.489323 -13614.553530 25.682802P 19 -12766.933416 9651.414013 -21114.754525 13.095932P 21 8130.459746 -23077.038726 9695.295486 24.942715

P 26 24222.007287 8019.703261 -8314.648634 651.521040P 27 -2852.227980 20479.136780 -16194.396487 26.484903P 29 5426.327286 -14832.924029 21545.488764 515.867573P 30 19258.066938 -14778.657055 10595.386381 -25.528556P 31 -25352.817337 -6049.822282 -6085.540393 21.794469* 1999 7 21 0 15 0.0000P 1 -15571.578979 -12896.034550 17403.500747 91.982560P 2 -10185.459214 24089.408508 2926.284546 -87.472483P 3 -13882.731731 -13210.285578 -18417.781873 24.359160P 4 4348.623750 23845.961671 10730.513682 507.916573P 5 17402.815644 -1250.362072 20009.059861 208.243703P 6 24210.370089 -5900.613873 -9420.544866 -0.098350P 7 -7764.713275 14778.547318 20886.352161 566.640990P 8 15441.611464 -2557.619018 21155.617229 639.751123P 9 18896.381957 12120.359656 14350.719432 -2.964400P 10 5934.584108 16497.967194 -19890.655996 38.686186P 13 -2395.907206 15061.711469 -21688.488315 -37.599819P 14 -18228.190616 4467.265672 18781.578811 27.230620P 15 -17404.711994 -10348.365343 16956.431699 706.228114P 16 -19028.945311 14492.921615 11298.085259 126.721382P 17 10627.880260 -11465.041102 -21496.770572 -216.417480P 18 -22592.145452 8636.281995 -11305.039090 25.517406P 19 -14039.278006 7560.858235 -21179.096919 13.053128P 21 8858.391164 -23727.499657 7002.507546 24.825864P 22 -1889.142752 -21096.740349 -15879.330469 440.091406P 23 17347.486794 -18942.491015 -5797.815778 2.919558P 24 12802.812806 23277.534971 -1131.420597 591.599091P 25 -5982.540378 -23969.690905 10262.995902 1.862148P 26 23129.748993 8147.091807 -10852.696316 651.532189P 27 -4011.425004 18835.313989 -17901.400669 26.546710P 29 7810.458336 -14697.216917 20878.519177 516.035727P 30 18739.493729 -13480.808480 12956.444890 -25.555671P 31 -24527.703387 -6253.759407 -8741.011312 21.942646* 1999 7 21 0 30 0.0000P 1 -13518.463130 -13015.157000 18971.106940 91.937135P 2 -10569.465411 24038.829494 97.428954 -87.605608P 3 -11708.997589 -13434.861275 -19723.366008 24.398250P 4 3517.976441 22756.757926 13164.271248 507.815941P 5 16430.662936 886.561233 20840.062074 208.468645P 6 25150.053731 -5658.415638 -6802.672720 -0.036129P 7 -10049.946499 14746.339774 19871.613869 566.380547

ExemploExemplo

Uchôa 83

Arquivos de ObservaçãoArquivos de Observação

Uchôa 84

ConteúdoConteúdo

Pseudodistância (código)Pseudodistância (código)

Fase da PortadoraFase da Portadora

Freqüência DopplerFreqüência Doppler

Uchôa 85

Somente código C/A

Código C/A e portadora L1

Código C/A e portadoras L1 e L2

Códigos C/A, P e portadoras L1 e L2

Receptores

Uchôa 86

DefiniçõesAs observações GPS possuem 3 As observações GPS possuem 3 grandezas que precisam ser bem grandezas que precisam ser bem definidas :definidas :

TempoTempo

Pseudo-DistânciaPseudo-Distância

FaseFase

DopplerDoppler

Uchôa 87

TempoTempo

O tempo de uma observação é o O tempo de uma observação é o momento em que o receptor recebeu as momento em que o receptor recebeu as

informações dos satélites.informações dos satélites.

É o mesmo para medições de fase e de É o mesmo para medições de fase e de código , e para os satélites observados na código , e para os satélites observados na

mesma época.mesma época.

É expresso no sistema de tempo GPS , e É expresso no sistema de tempo GPS , e não no Sistema Universal de Tempo.não no Sistema Universal de Tempo.

Uchôa 88

Pseudo-DistânciaPseudo-Distância

Distância entre a antena do receptor e a Distância entre a antena do receptor e a antena do satélite.antena do satélite.

Carrega os erros de relógio do satélite , do Carrega os erros de relógio do satélite , do receptor ,e outras distorções tais como as receptor ,e outras distorções tais como as

devido à atmosfera.devido à atmosfera.

PS = distância + c (erro de relógio satélite + PS = distância + c (erro de relógio satélite + erro de relógio do receptor + outras erro de relógio do receptor + outras distorções)distorções)

Uchôa 89

FaseFase

A fase é o número de ciclos A fase é o número de ciclos completados das completados das

portadoras L1 e/ou L2 , do portadoras L1 e/ou L2 , do satélite até o receptor.satélite até o receptor.

Uchôa 90

Efeito DopplerEfeito Doppler

Pequena variação na Pequena variação na freqüência do sinal freqüência do sinal devido ao movimento devido ao movimento do satélite.do satélite.

Uchôa 91

2.00 OBSERVATION DATA G (GPS) RINEX VERSION / TYPEteqc 1999Jan7 CORS/NGS/NOAA 19990604 02:34:35UTCPGM / RUN BY / DATEHP-UX 10.20|PA-RISC|cc A.10.32.03|=+|=| COMMENTBIT 2 OF LLI FLAGS DATA COLLECTED UNDER A/S CONDITION COMMENTpur3 MARKER NAMExxx MARKER NUMBERCORS/NGS/NOAA U.S. Coast Guard OBSERVER / AGENCY03174 ASHTECH Z-XII3 1C01 REC # / TYPE / VERS11931 ASHTECH L1/L2 P ANT # / TYPE 2358178.4495 -5573621.5262 2007084.1630 APPROX POSITION XYZ 0.0000 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N 1 1 WAVELENGTH FACT L1/2 7 C1 L1 L2 P1 P2 D1 D2 # / TYPES OF OBSERV 30.0000 INTERVAL SNR is mapped to RINEX snr flag value [1-9] COMMENT L1: 1 -> 1; 90 -> 5; 210 -> 9 COMMENT L2: 1 -> 1; 150 -> 5; 250 -> 9 COMMENTteqc windowed: delta = 86400.000 sec COMMENT 1999 6 3 20 0 0.002000 TIME OF FIRST OBS END OF HEADER 99 6 3 20 0 0.0020000 0 9G10G26G 4G30G 6G24G27G13G 5 22164126.7264 -21807112.96249 -16428503.39647 22164125.2304 22164133.7554 -1387.7974 -1081.4014 21595410.2734 -23054602.08749 -17692790.21247 21595411.4914 21595420.3774 2805.4824 2186.0884 23487235.2124 841212.29747 666330.09846 23487235.0474 23487244.9654 -944.0614 -735.6314 25104324.4914 -3285595.20647 -2550968.72345 25104324.9404 25104343.3514 -753.9124 -587.4624

ExemploExemplo

Uchôa 92

99 6 3 20 0 0.0020000 0 9G10G26G 4G30G 6G24G27G13G 5 22164126.7264 -21807112.96249 -16428503.39647 22164125.2304 22164133.7554 -1387.7974 -1081.4014 21595410.2734 -23054602.08749 -17692790.21247 21595411.4914 21595420.3774 2805.4824 2186.0884 23487235.2124 841212.29747 666330.09846 23487235.0474 23487244.9654 -944.0614 -735.6314 25104324.4914 -3285595.20647 -2550968.72345 25104324.9404 25104343.3514 -753.9124 -587.4624 24282979.9194 -6486987.35747 -4778348.92045 24282977.7674 24282989.5704 3252.0284 2534.0374 22076914.0654 -21368263.60248 -16220387.27547 22076912.7334 22076920.6074 553.4094 431.2274 25403814.7484 -416531.71247 -260786.11545 25403813.6684 25403826.4004 712.1404 554.9094 22610995.8464 -18908365.03848 -14603360.25146 22610996.8604 22611005.8514 -2151.9314 -1676.8264 24600731.4174 -3109613.76247 -2215442.40345 24600733.2814 24600752.5534 -1464.7294 -1141.3384 99 6 3 20 0 30.0020000 0 9G10G26G 4G30G 6G24G27G13G 5 22172058.3184 -21765437.51349 -16396029.03347 22172056.5104 22172065.4744 -1390.0724 -1083.1724

Uchôa 93

1 1 1 1

2 2 2 2

3 3 3 3

4 4 4 4

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

X X Y Y Z Z c

X X Y Y Z Z c

X X Y Y Z Z c

X X Y Y Z Z c

sr

sr

sr

sr

sr

sr

sr

sr

sr

sr

sr

sr

Determinação das coordenadas Determinação das coordenadas da Estaçãoda Estação

Uchôa 94

ReceptorReceptor

Seleção Seleção de de

SatélitesSatélites

Ângulo de corteÂngulo de corte