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SISTEMA NAVSTAR-GPS. Do ponto de vista geomtrico seriam necessrias apenas trs distncias. A quarta medida necessria devido ao no sincronismo entre os relgios satlite e receptorTipos de servio GPSSPS Standard Positioning ServicePPS Precise Positioning ServiceSPS servio de posic
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1. SISTEMA NAVSTAR-GPS Navigation Satellite with Time and Ranging
Sistema de radionavegao DoD (EUA)
Projetos originais: Timation e System 621B
Sistema de abrangncia global
Concepo: qquer usurio sobre a ST tenha sua disposio, no mnimo, 04 satlites
O GPS pode ser utilizado sob quaisquer condies climticas
Princpio bsico: consiste na medida de distncias entre usurio e 4 satlites
2. SISTEMA NAVSTAR-GPS Do ponto de vista geomtrico seriam necessrias apenas trs distncias. A quarta medida necessria devido ao no sincronismo entre os relgios satlite e receptor
Tipos de servio GPS
SPS Standard Positioning Service
PPS Precise Positioning Service
SPS servio de posicionamento e tempo disponvel a todos os usurios do Globo
PPS idem, porm s para militares e pessoas autorizadas
3. SISTEMA NAVSTAR-GPS Preciso SPS 10 a 15 m; PPS 1 a 2 m
Segmentos do Sistema NAVSTAR-GPS
A - Segmento espacial 24 satlites; 6 planos orbitais; altitude de 20200 km
Sinais GPS: 2 ondas portadoras L1 e L2
L1 = 1575,42MHz (154 x fo); l1=19cm
L2 = 1227,60MHz (120 x fo); l2=24cm
fo = frequncia fundamental fo = 10,23MHz
L1 e L2 so geradas simultaneamente; permitem ao usurio corrigir efeitos da refrao ionosfrica
4. SISTEMA NAVSTAR-GPS Os cdigos C/A (Coarse Acquisition) e P (Precise ou Protected) so modulados em fase sobre as duas portadoras. Esta tcnica permite determinar distncias a partir da medida do tempo de propagao do sinal
C/A tem ? = 300m; P tem ? = 30m; ambos so modulados sobre a portadora L1, enquanto a portadora L2 carrega apenas o cdigo P
A limitao no nvel de acuracidade estabelecido pelo DoD era garantida pelo AS (Anti-Spoofing) e SA (Selective Availability)
AS - processo de criptografia do cdigo P P(Y)
SA manipulao das mensagens de navegao e da frequncia dos relgios dos satlites
5. SISTEMA NAVSTAR-GPS H trs tipos de sinais envolvidos no GPS: as portadoras (L1 e L2), os cdigos (C/A e P(Y)) e os dados (navegao, relgio, etc). Essa estrutura permite no s medir a fase da portadora e sua variao, mas tambm o tempo de propagao do sinal
O sinal L1 tem a seguinte estrutura:
SL1(t) = AP Pi(t) Di(t) cos(?1t + ?n,L1,i) + Ac Ci(t) sen(?1t + ?n,L1,i)
O sinal L2 tem a seguinte estrutura:
SL2(t) = BP Pi(t) Wi(t) Di(t) cos(?2t + ?n,L2,i)
onde:
AP e AC so as amplitudes dos cdigos P e A/C
Pi(t) e Ci(t) so as sequncias dos cdigos P e A/C
?1 e ?2 so as frequncias das portadoras L1 e L2
?n,L1,i e ?n,L2,i so os rudos de fase das portadoras
Di(t) o fluxo de dados
Wi(t) a criptografia sobre o cdigo P(Y) Yi(t)=Pi(t)Wi(t)
A poca t dos cdigos, dados e portadoras sincronizada
6. SISTEMA NAVSTAR-GPS B Segmento de controle composto por 5 estaes monitoras: Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs. Kw, DG e AI possuem antenas para a transmisso dos dados aos satlites; CS a MCS Master Control Station. Estas 5 estaes juntamente com outras 7 estaes terrestres do NIMA (National Imagery and Mapping Agency) compem as estaes monitoras GPS do DoD.
Cada estao monitora equipada com oscilador externo de alta preciso e receptores de dupla frequncia. Todos os satlites visveis so rastreados e os dados so transmitidos estao MCS.
7. SISTEMA NAVSTAR-GPS Na estao MCS os dados so processados e as rbitas dos satlites so calculadas, as quais so transmitidas juntamente com as correes dos relgios dos satlites visando atualizar periodicamente as mensagens de navegao
A informao atualizada enviada aos satlites a partir das antenas terrestres
As coordenadas das estaes so vinculadas ao WGS World Geodetic System. Inicialmente ao WGS-72, depois ao WGS-84. Este ltimo passou por duas atualizaes, culminando com as realizaes WGS-84(G730) com preciso decimtrica e WGS-84(G873) com preciso em torno de 5cm
8. SISTEMA NAVSTAR-GPS O IGS (International GPS Service for Geodynamics) produz efemrides com preciso de poucos centmetros para cada coordenada dos satlites. Isto permite atender a maioria das aplicaes que exigem alta preciso (Geodinmica).
O IGS fornece efemrides precisas, preditas (1 metro) e rpidas (0,5 m).
C Segmento de usurios: constitudo pelos receptores GPS, os quais devem ser apropriados para o fim a que se destinam: navegao, geodsia, outras aplicaes.
9. SISTEMA NAVSTAR-GPS 1. Trabalho:
Pesquise em livros, revistas, internet, monografias, etc e responda:
a) Descreva em detalhes os procedimentos AS e AS implantados pelo DoD
b) Apresente uma descrio bsica de um receptor GPS
c) Mostre em detalhes a estrutura da mensagem de navegao dos satlites GPS
d) Apresente uma verso da constelao atual de satlites GPS informando o tipo de oscilador usado em cada satlite
f) Faa uma exposio acerca do sistema de tempo GPS
10. SISTEMA NAVSTAR-GPS Sistema de tempo GPS
Em essncia, o GPS mede o intervalo de tempo de propagao do sinal. Assim, fundamental a definio precisa de tempo, envolvendo poca e intervalo.
Tempo atmico registrar o instante da gerao dos sinais e realizao das observaes. uma escala de tempo uniforme.
Tempo dinmico para expressar as equaes do movimento dos satlites. Est associado ao tempo atmico internacional TAI e uma escala de tempo contnua; expresso: TDT = TAI + 32,184s
11. SISTEMA NAVSTAR-GPS Definio do segundo
13. Conferncia do CGPM 1967: a durao de 9.192.631.770 perodos da radiao correspondente transio entre os dois nveis hiperfinos do estado fundamental do Csio 133 (Paris).
Origem do TAI: 1. de janeiro de 1958; como uma escala contnua de tempo, no se mantm sincronizada com o dia solar, pois a velocidade de rotao da Terra diminui, em mdia, 1 segundo por ano.
O problema solucionado com a introduo do UTC, o qual incrementado periodicamente com a introduo de segundos intercalados.
12. SISTEMA NAVSTAR-GPS Os sinais de tempo transmitidos pelos satlites GPS so sincronizados com o relgio atmico da estao de controle. No dia 06 de janeiro de 1980, a 0h, o tempo GPS foi estabelecido como igual ao UTC. Mas, o tempo GPS no incrementado pelos segundos intercalados do UTC. Portanto, h uma diferena entre o tempo GPS e o TAI.
Para descrever a equao do movimento de um satlite prximo a Terra, suficiente utilizar o TDT, o qual mantm uma escala de tempo uniforme para movimento no campo gravitacional da Terra. O TDT apresenta, por definio, frequncia igual de um relgio atmico sobre a superfcie da Terra.
Em 1991 a IAU adotou o TT coordenado em substituio ao TDT.
13. SISTEMA NAVSTAR-GPS Antes do advento do tempo atmico o sistema de tempo era baseado no movimento de rotao da Terra, sob a denominao de tempo universal (TU) ou sideral.
Ainda hoje necessrio manter estas terminologias, pois a ligao primria entre o CCRF e o CTRF realizada em funo do GST. Alm disso AS VARIAES DA ROTAO DA TERRA SO EXPRESSAS COMO DIFERENAS ENTRE O TEMPO UNIVERSAL E O TEMPO ATMICO.