Os Sistemas de Posicionamento por Satélites

NAVSTAR-GPS

Limitação da acurácia

Escrever na lousa

• Limitação da acurácia do sistema GPS– SA – “Disponibilidade Seletiva”– AS – “Anti-fraude”

• SA (Selective Availabity)– Durante a fase de implementação do sistema esperava-

se:• Pseudodistâncias a partir do código C/A na ordem de 400 m

– Testes realizados mostraram acurácia em torno de 20 a 40 m

– Com essa inesperada situação, o SA foi incorporado nos satélites do Bloco II e posteriores

– Tratava-se de um programa que não fazia parte do planejamento inicial do GPS

NAVSTAR-GPS

Lousa

• SA (Selective Availabity)– Dois efeitos fazem parte– Técnica ε - Manipulação das efemérides transmitidas » Provocava erros nas posições dos usuários, mas

variam lentamente com o tempo– Técnica δ - Desestabilização sistemática do oscilador do

satélite» resultava em alterações muito rápidas nas medidas

de pseudodistâncias, introduzindo erros nelas e, por consequência, nas posições obtidas (mais efetiva)

• SA (Selective Availabity)– Redução proposital da qualidade do

posicionamento• Para usuários não autorizados (SPS)• Horizontal = 100 m; Vertical = 156 m; Tempo = 340 ns;

Nível de confiança de 95%

NAVSTAR-GPS

• SA (Selective Availabity)– Implementada apenas a partir dos satélites do

Bloco II, com início em mar-90– Vários testes foram conduzidos para avaliar seus

efeitos nos usuários civis• Verificou-se que há um aumento no ruído do código e

da onda portadora

NAVSTAR-GPS

NAVSTAR-GPS

Explanar

• O efeito é praticamente eliminado no posicionamento relativo, pelo fato de este não depender da geometria dos satélites

• Para navegação, o uso do DGPS praticamente elimina os efeitos da Disponibilidade Seletiva

Explanar e Lousa

• 1 maio 2000, o governo americano anunciou a desativação do SA, que melhorou a precisão pelo SPS, em torno de 10 vezes

• (Lousa) Ao mesmo tempo anunciava-se que já se dispunha de tecnologia para implementar a SD (Selective Denial – Proibição Seletiva) em uma base regional

NAVSTAR-GPS

• AS (Anti-Spoofing)– Não permissão de acesso ao código P– Evitar qualquer tipo de fraude contra ele, gerando

códigos P falsos– Combinação dos códigos P e W– W – gerado numa razão de 50 bps– P – gerado numa razão de 10,23 x 106 bps

NAVSTAR-GPS

Sistema de tempo GPS

• Sistema de tempo GPS– Mede essencialmente o intervalo de tempo da

propagação do sinal– Importante uma definição precisa de tempo

envolvendo• Instante• Época• Intervalo

NAVSTAR-GPS

• Sistema de tempo GPS– Instante – representa quando determinado evento

ocorreu– Época – é o instante de ocorrência de um evento

tomado como origem da contagem do tempo– Intervalo – é o tempo decorrido entre dois instantes

Medidos em unidades de determinada escala de tempo

Lousa

• Algumas definições importantes– TU (Tempo Universal)

• Baseado no dia solar

– TAI (Tempo atômico Internacional)• Baseado em relógios atômicos mantidos por várias

instituições• Não se mantém sincronizado com o TU, pois a rotação da

Terra não é uniforme

– UTC (Tempo Universal Coordenado)• Segue o TAI, mas é periodicamente incrementado por

saltos de segundos

Lousa

• Sistema de tempo GPS– Basicamente dois sistemas são usados• Tempo atômico – registrar o instante da geração dos

sinais e a realização das observações• Tempo dinâmico – Para expressar a equação do

movimento dos satélites

NAVSTAR-GPS

• Tempo atômico– É uma escala de tempo uniforme– Mantido por relógios atômicos (não são mantidos

por energia atômica)– TAI (Tempo atômico Internacional)• Escala de tempo fundamental

NAVSTAR-GPS

• Tempo dinâmico– Usado como o argumento das efemérides

astronômicas– Derivado dos movimentos planetários no sistema

solar e sua duração é baseada nos movimentos orbitais da Terra, da Lua e dos planetas

NAVSTAR-GPS

• Tempo GPS– Os sinais de tempo transmitidos pelos satélites

GPS estão sincronizados com os relógios atômicos da estação de controle

NAVSTAR-GPS

• Tempo GPS– Iniciou-se em• 6 janeiro de 1980, às 00h UTC (ciclo 0)

– Reiniciou• 22 agosto de 1999 às 00h UTC (ciclo 1)

– Representado• Ciclos = 1• Número da semana GPS = 0599 (varia de 0 a 1.023)• Segundos da semana = 0 a 604.800

Lousa

• Tempo GPS

NAVSTAR-GPS

• Os sinais transmitidos pelos satélites são sincronizados com o relógio atômico da Estação de Controle Central

NAVSTAR-GPS

GLONASS

GLONASS

• Antiga União Soviética está desenvolvendo desde 1970 o GLONASS– Bastante similar ao GPS nos códigos PRN• C/A = 0,511 MHz• P = 5,11 MHz

– Portadoras• L1 (C/A e P)• L2 (P)

GLONASS

• Segmento ESPACIAL– Constelação de 24 satélites ativos e três reservas– Três planos orbitais separados 120º e inclinação

de 64,8º, cada um com 8 satélites igualmente espaçados

– Período orbital 11h15min– Altitude dos satélites é da ordem de 19.100 km

GLONASS

• Segmento ESPACIAL– Os códigos PRN são os mesmos para todos os

satélites– Identificação dos satélites se dá pela frequência

do sinal (FDMA – Múltiplo Acesso pela Divisão da Frequência)

GLONASS

• Segmento ESPACIAL– Como as frequência do GPS e GLONASS são

relativamente próximas• Torna possível usar uma antena combinada e um

amplificador comum• Facilita o desenvolvimento de equipamentos que

rastreiam ambos os sistemas

– O PROCESSAMENTO DO SINAL É DIFERENTE

GLONASS

• Segmento ESPACIAL– Interferências • Observações de radioastronomia• Satélites de comunicação

– Provocaram realocação das frequências• L1 = 1.598,625 a 1.604,25 MHz• L2 = 1.242,9375 a 1.247,75 MHz

GLONASS

• Seguimento ESPACIAL– Mensagens• São moduladas na portadora em uma taxa de 50 bps• Contêm informações

– Órbitas (efemérides)– Almanaque– Status dos satélites

GLONASS

• Segmento ESPACIAL• Efemérides– Atualizadas a cada 30 min– Contêm• Posições e velocidade dos satélites• Acelerações para a época de referência

GLONASS

• Segmento ESPACIAL– GLONASS-M (modificado) – desenvolvida para

substituir os satélites antigos• Vida útil de 7 anos• Melhor estabilidade dos relógios• Comunicação entre os satélites• Operação autônoma

Lousa

• Segmento CONTROLE– Responsável por• Predizer a órbita dos satélites• Transferir as efemérides, as correções dos relógios e os

almanaques de cada um dos satélites• Sincronizar os relógios dos satélites com o sistema de

tempo do GLONASS• Estimar as discrepâncias entre o sistema de tempo do

GLONASS e o TUCus

• Controlar os satélites

GLONASS

• Segmento CONTROLE– Composto por

• Sistema de controle central• Central de sincronização de tempo• Várias estações de comando e rastreio• Estações de rastreamento a laser

– Centro de controle está localizado em Moscou e as estações de monitoramento são distribuídas homogeneamente no território da antiga União Soviética

• Segmento USUÁRIO– Diretamente relacionado aos receptores– Número de receptores bastante reduzido em

comparação com o GPS– Receptores híbridos

GLONASS

GLONASS

• Sistema de tempo– Refere-se ao TUC da antiga União Soviética– Considera os saltos de segundos– Diferença constante de 3 h, fuso horário Moscou e

Grennwich– Baseado num conjunto de maser de hidrogênio

Lousa

• Futuro– Planos de novos sinais, comunicação entre

satélites, etc.– Espera-se a constelação recuperada para breve– Lançamentos recentes reforçam essa expectativa– Novos tipos de receptores no mercado

Galileo

Galileo

• Características do sistema– Controle civil– Interoperabilidade com o GPS e o GLONASS

Galileo

• Segmento ESPACIAL– 27 satélites operacionais e mais três reservas

(ativos)– Distribuídos em 3 órbitas circulares– Altitude de 23.600 km– Inclinação de 56º em relação ao plano Equatorial– Período orbital de aproximadamente 14h4min

Galileo

• Segmento ESPACIAL– Proporcionarão boa cobertura, mesmo em

latitudes acima de 75º– Lançados o GIOVE A e B, satélites de validação– Sistema deverá entrar em operação em 2020• 1ª informação era de 2011

Galileo

• Segmento CONTROLE– Estrutura EGNOS está sendo aproveitada ao

máximo, com acréscimo de algumas estações, em razão da abrangência global

– Ao todo 30 estações distribuídas globalmente• Proporcionarão os dados para os dois GCCs

– Um responsável pela geração das mensagens de navegação e sistema de tempo

– Outro será responsável pelo controle da integridade

Galileo

• Segmento USUÁRIO– Envolverá vários tipos de receptores– Já há receptores aptos para rastrear os sinais do

GIOVE A e do GIOVE B– “GGG” híbrido (GPS, GLONASS e Galileo)

Galileo

• Segmento USUÁRIO– Desempenho• Deverá proporcionar o mesmo nível a ser alcançado

com a modernização do GPS (Bloco IIF)• Acurácia

– Horizontal = 4,0 m– Vertical = 7,7 m– Tempo = 30 ns– Confiabilidade = 90 a 99,97%

Galileo

• Sistema de tempo– Será gerado por um conjunto de relógios atômicos

(H-maser, césio, etc)– Duas funções

• Manutenção do tempo das órbitas dos satélites e para a sincronização do tempo

• Manutenção do tempo para fins de metrologia

– Deverá determinar de forma confiável a discrepância entre o tempo GPS e o tempo Galileo, transmitido para os usuários de ambos os sistemas

Galileo

• Sistema de tempo– Contagem similar à contagem do tempo GPS– Semana GST e os segundos da semana– Ciclo de 4.096 semanas– Início com o início do segundo ciclo do tempo GPS• 00h 22/08/1999

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