GPS - Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global)

1. GPS - Global Positioning System(Sistema de Posicionamento Global)

2. GPS • O que é? • É um sistema que fornece a posição de um receptor GPS (em qualquer lugar do Planeta, a qualquer hora do dia, em qualquer dia do ano) em Latitude, Longitude e Altitude, seja em terra, no mar ou no ar. • Este sistema funciona em qualquer condição climática, independe da presença de nuvens, diferente da navegação pelas estrelas.

3. GPS • Ele é composto de 24 satélites em órbitas elípticas inclinadas de 55º em relação ao Equador, e a uma altitude média de 20.200km, fazendo duas rotações em torno da Terra no intervalo de 24 horas. • Para comparação, a ISS (International Space Station) está a 332 km de altitude e os satélites de telecomunicações geo-estacionários estão a 36.000km de altitude.

4. GPS • Na realidade é como na navegação pelas estrelas (que estão “paradas” no firmamento), sem o inconveniente de depender da não existência nuvens, para poder visualizá-las. No caso do GPS, as “estrelas” (satélites) se movem.

5. GPS • O que é? (cont.) • Estes satélites estão distribuídos em 6 planos orbitais, intervalados longitudinalmente de 60º, com 4 satélites em cada plano, defasados de 90º entre si. • O sistema é composto do Segmento Espacial (satélites), do Segmento de Controle e Monitoração (5 estações terrestres) e o Segmento de Usuários (que são aparelhos receptores terrestres, marítimos ou aéreos).

6. GPS • Em 1957, George Weiffenback e William Guier demonstraram que a posição do satélite russo, Sputinik, poderia ser mapeado pela medição cuidadosa do deslocamento Doppler da onda de rádio, contínua, transmitida pelo satélite, ou seja, era possível mapear suas efemérides, ou almanaque.

7. GPS • No ano seguinte, Frank McClure percebeu que o inverso é verdadeiro, ou seja, se temos o almanaque do satélite, podemos determinar nossa posição sobre a Terra observando o deslocamento Doppler de um transmissor estável a bordo de um satélite. • No caso do GPS, as estações monitoras rastreiam os satélites, determinam seu almanaque e verificam seus relógios.

8. GPS • Para obter a localização de um receptor é preciso um mínimo de 3 satélites, 2D (latitude e longitude), e 4 satélites, 3D, ou seja, com a altitude também. • O receptor do usuário mede o tempo gasto pela onda de rádio, vindo de cada satélite, estabelecendo suas diferenças. Cada satélite tem um relógio atômico a bordo para obter a precisão necessária.

9. GPS • Quatro incógnitas: • Latitude • Longitude • Altitude • Erro do clock do receptor • Quatro equações: • A diferença de tempo de cada um dos, no mínimo, quatro satélites.

10. GPS • Portadoras (em todos os satélites): • L1 = 1.575,42 MHz • L2 = 1.227,60MHz • Modulações: • C/A (coarse acquisition, uso civil) • P (precision, uso militar) • D (CDM, code division multiplex)

11. GPS • O uso de 2 freqüências é necessário para corrigir alterações quando a onda de RF atravessa a ionosfera. • Os códigos C/A e P são escolhidos e transmitidos em uma mesma portadora, mas de forma ortogonal, ou seja, um é estatisticamente independente do outro. Além disso, eles modulam a portadora com diferença de 90º na fase.

12. GPS • Para uso civil, basta o código C/A. Se o receptor já tiver o almanaque formado, ele leva cerca de 2 minutos para adquirir a primeira posição. Caso contrário deixe-o ligado por 10 minutos antes das leituras. • A Estação Mestre envia para cada satélite o almanaque e as correções de tempo que, por sua vez, são transmitidos para os usuários.

13. GPS • O código D contém as informações de tempo do satélite (satellite clock), as efemérides, os dados do funcionamento do satélite e dados para correções ionosféricas.

14. GPS Comentários, críticas e sugestões, por favor, encaminhem para: albuquerque@ieee.org BONS ESTUDOS!!!