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Noções de Sistema de Informações Geográficas: Sistema GPS - PowerPoint PPT Presentation


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Curso: Teoria e Métodos em Limnologia EPAMIG, 29 de Janeiro a 1 de fevereiro, 2008. UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios. Noções de Sistema de Informações Geográficas: Sistema GPS. Prof. José Fernandes Bezerra Neto Prof. Ricardo Motta Pinto Coelho.

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No es de sistema de informa es geogr ficas sistema gps

Curso: Teoria e Métodos em Limnologia

EPAMIG, 29 de Janeiro a 1 de fevereiro, 2008

UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios

Noções de Sistema de Informações Geográficas:Sistema GPS

Prof. José Fernandes Bezerra Neto

Prof. Ricardo Motta Pinto Coelho


Sistema de posicionamento global gps
Sistema de Posicionamento Global - GPS

  • O GPS (Global Positioning System) é um sofisticado sistema eletrônico de navegação desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA, baseado em uma rede de satélites que permite localização instantânea em qualquer ponto da Terra.

  • Seu desenvolvimento iniciou em 1978, tendo sido projetado inicialmente para uso militar dos EUA. Basicamente, o sistema GPS é composto de três partes denominadas segmento espacial, segmento de controle e segmento usuários.


Sistema de Posicionamento Global - GPS

1978– Satélites NAVSTAR – GPS

  • GPS: “Global Positioning System”

  • Limitado às forças militares dos E.U.A.

  • Precisão: 10 m

  • Receptor simples e leve

    1983 – Acesso público limitado ao GPS

  • Precisão para civis: 100 m

    • SA: “Selected Availability”

      2000 – Acesso público completo ao GPS

  • Precisão normal: 10 m

  • Precisão assistida (GPS diferencial): < 3 m


Sistema de Posicionamento Global - GPS

Garante:

  • Precisão de Navegação = 3 - 15 m

  • Cobertura mundial

  • 24 horas de acesso

  • Sistema de Coordenadas Comum

  • Datum WGS 84

  • Projetado para substituir os sistemas de navegação existentes

  • Acesso Civil e Militar


  • Componentes do Sistema GPS

    Segmento Espacial

    27 satélites (20200 km)

    4 relógios atômicos (3 back-ups) monitorados e controlados em terra

    Segmento de Controle

    1 Estação Master

    5 Estações de monitoramento

    Segmento do Usuário

    Receptores de Sinal GPS

    Relógio de quartzo


    Segmento Controle

    correção dos relógios atômicos dos satélites

    definição os modelos ionosféricos

    estimar parâmetros orbitais

    garantir a integridade do sistema

    coordenar manobras e monitorar a saúde dos satélites

    receber os sinais emitidos dos satélites

    coletar dados meteorológicos

    transmitir dados para a Estação Master

    Estação Central de Controle

    Colorado Springs

    Hawaii

    Kwajalein

    Diego Garcia

    Ascención

    Estações Monitoras


    Funcionamento do GPS

    A finalidade do GPS é determinar a posição de um objeto na superfície da Terra em 3 dimensões: longitude, latitude e e altitude.

    Sinais provenientes de pelo menos três satélites fornecem esta informação.


    O princípio da trilateração (2D)

    • Imagine que você esteja em algum lugar do Brasil e que esteja TOTALMENTE perdido.

    • Você encontra uma pessoa que lhe dá a seguinte informação: “Você está a 50 km de Campinas”

    • Você poderia estar em qualquer lugar em um círculo em voltada de Campinas, com um raio de 50 Km.

    50 Km

    Campinas


    O princípio da trilateração (2D)

    Você pergunta a uma outra pessoa que lhe diz: Você está a 70 Km de Rio Claro.

    70 Km

    Rio Claro

    50 Km

    Campinas


    O princípio da trilateração (2D)

    Se uma terceira pessoa lhe disser que você está a 80 Km de Sorocaba você poderá determinar sua posição com precisão

    70 Km

    Rio Claro

    50 Km

    Campinas

    80 Km

    Sorocaba


    Funcionamento do GPS

    Três esferas se interceptam em um ponto. Três distâncias para resolver a latitude, a longitude e a elevação.


    Funcionamento do GPS

    Uma dificuldade:

    • o relógio do receptor não é tão preciso como os relógios atômicos dos satélites. Por isso, um sinal de um quarto satélite é utilizado para averiguar da precisão do relógio do receptor.

    • Este quarto sinal permite ao receptor processar os sinais GPS com a precisão de um relógio atômico.

    A 4ª medição permite resolver (remover) o erro do clock (tempo) do receptor


    Funcionamento do GPS

    São necessárias quatro distâncias para encontrar a latitude, a longitude, a elevação e o tempo


    Funcionamento do GPS

    • Dificuldades a superar:

    • (a) os sinais trocados entre relógios a diferentes altitudes estão sujeitos aos efeitos da Relatividade Geral;

    • por outro lado, o movimento do satélite e a rotação da Terra devem ser tomados em conta;

    • (b) sem a consideração destes efeitos o GPS seria inútil.


    Freqüência

    fundamental10.23 MHz

    ÷ 10

    L11575.42 MHz

    Código C/A 1.023 MHz

    Código P 10.23 MHz

    x 154

    L21227.60 MHz

    Código P10.23 MHz

    x 120

    50 bps

    Mensagens (Almanaque & Efemérides)

    Estrutura do sinal GPS

    • Cada satélite transmite uma série de sinais

    • Os sinais compreendem:

      - 2 ondas - L1 e L2

      - 2 códigos - C/A em L1 e P em L1 e em L2 (P1 e P2)

      - Mensagens sobre os satélites e sua órbita


    Componentes dos sinais dos sat lites
    Componentes dos sinais dos satélites

    • 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. Durante a propagação, os sinais estão sujeitos aos seguintes efeitos:

      • Atraso de propagação na ionosfera e troposfera;

      • Efeito de multi-encaminhamento;

      • Efeitos marginais de sinais, devido a posição do satélite no horizonte;


    Erros de observa o

    19950 Km

    Ionosfera

    1000 Km

    Troposfera

    50 Km

    Erros de observação

    • Os sinais GPS transmitem as informações de tempo via ondas de rádio.

    • Os sinais GPS precisam atravessar várias camadas diferentes da atmosfera.

    • A medida que elas atravessam essas camadas, o sinal sofre atraso.

    • Esses atrasos são traduzidos em erros nas distâncias usadas para calcular a posição do receptor.

    • Erros:

      • Ionosfera ~ 5.0 m;

      • Troposfera ~ 0,5 m


    Erros do receptor
    Erros do receptor

    • Infelizmente os receptores não são perfeitos. Eles adicionam erros ao sistema.

      • Ruído interno do receptor.

      • Erro ~ 0. 3 m

      • Atraso do relógio interno

      • Erro ~ 5. 0 m


    Erros de multi encaminhamento
    Erros de multi-encaminhamento

    • Quando um sinal GPS chega a Terra ele pode refletir-se em vários obstáculos.

    • Inicialmente a antena recebe o sinal direto do satélite, em seguida, ela recebe os sinais refletidos.

    • Erro ~ 0.6 m


    Gps diferencial d gps
    GPS Diferencial – D-GPS

    • D-GPS envolve a cooperação de dois receptores, um que é estacionário e outro móvel;

    • O estacionário é a chave de todo processo, ele serve de referência local para as medições dos satélites.

    Vetor da linha base

    A

    B


    Gps diferencial d gps1
    GPS Diferencial – D-GPS

    • A idéia por trás do DGPS é simples: nós temos um receptor que mensura o erro do sinal do satélite e que transmite a correção para o transmissor móvel.


    Gps diferencial esta es base
    GPS Diferencial – Estações-base

    • Existem uma série de estações-base públicas e privadas que transmitem correção de dados para receptores DGPS.

    • No Brasil, entre as públicas e gratuitas nós temos:

      - A Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC), mantida pelo IBGE;

    • Rede INCRA de Bases Comunitárias do GPS

    • Estações-base da Marinha


    Gps diferencial dgps
    GPS Diferencial - DGPS

    • Correção em tempo real via satélite


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