Sistemas de posicionamento global introdu o e fundamentos
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Sistemas de Posicionamento Global Introdução e Fundamentos PowerPoint PPT Presentation


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Sistemas de Posicionamento Global Introdução e Fundamentos. Como funciona:. Eu sei onde estou!. Sinal. X. Onde estou?. Também ocorre. Agora eu sei onde estou!. O que é?. Um sistema de localização sobre a Terra;

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Sistemas de Posicionamento Global Introdução e Fundamentos

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Presentation Transcript


Sistemas de Posicionamento Global

Introdução e Fundamentos


Como funciona:

Eu sei onde estou!

Sinal

X

Onde estou?

Também ocorre...

Agora eu sei onde estou!


O que é?

Um sistema de localização sobre a Terra;

Aparelhos que sabem sua posição enviam sinais de radiofrequência aos que não sabem;

Possível ter disponibilidade 24 horas por dia e por todo o globo;

Trabalha com latitude, longitude, altura e data/hora (?!);


Projetos de posicionamento por satélites em destaque

Há apenas dois projetos em operação:

GPS - NAVSTAR / EUA: Declarado operacional em 1995;

Glonass / Russo: Desde 2008, ainda em ajustes.

Há dois em implantação:

Galileo / Europa: Previsão 2013;

Compass / China: Previsão 2010/2011.


GPS/NAVSTAR – Sistema Americano

Transmite latitude, longitude, altura e data/hora;

Sistema referencial geodésico: WGS84;

Cobertura global – 28 satélites controlados por estações terrestres;

Posição com 4 satélites ou 3 satélites + altura;

Oferece dois serviços:

Militar: precisão de 1 metro;

Civil: antes de 1995, com Disponibilidade Seletiva, precisão de 15 a 100 metros; depois de 1995, precisão de 10 a 30 metros;


Qual é o princípio da localização?(Analogia)

A luz do Sol chega a Terra em 8 minutos!

Se a velocidade da luz é 300.000 Km/s,

qual é a distância Terra-Sol?

8 x 60 s x 300.000 Km/s = 144.000.000 Km


Qual o princípio da localização?

Os satélites enviam através de radiofrequência sua localização e a data e hora;

O receptor por sua vez calcula o tempo de propagação do sinal, sabendo sua distância do emissor;

Precisa-se de quatro sinais de satélites distintos para uma localização exata;


  • Sei que estou a 20.000 Km de um satélite que conheço sua localização!

Qual o princípio a localização?Onde estou?????? (IDEAL)

20.000 Km

Quatro variáveis

envolvidas:

- Latitude

- Longitude

- Altura

- Tempo

Estou sobre algum lugar

na superfície dessa esfera!


  • Sei também que estou a 22.000 Km de outro satélite, onde conheço sua localização...

Qual o princípio a localização?Onde estou?????? (IDEAL)

Estou sobre algum lugar

da circunferência!


  • E assim por diante. Agora com um terceiro satélite:

Qual o princípio a localização?Onde estou?????? (IDEAL)

Estou sobre algum dos

dois pontos...


  • Por fim, o quarto satélite...

Qual o princípio a localização?Onde estou?????? (IDEAL)

Estou aqui!


Erros no sistema – a prática não é o ideal

No sistema há erros introduzidos por diversas fontes;

Esses erros diluem a precisão da localização na superfície da Terra;


O que ocorre:

Interferências

O receptor tem a posição

incorreta do emissor!


Fontes de Erro

Veremos a seguir as principais fontes de erro do sistema GPS;

Alguns dos erros são mitigados pelo receptor, outros requerem técnicas mais sofisticadas e outros são insolúveis;


Erro do relógio do satélite

O tempo é um fator primordial;

O relógio atômico do satélite tem precisão finita;

Desta forma, as informações de tempo do satélite contém erro;


Erro de efemérides dos satélites

A precisão da localização do satélite também tem precisão finita;

Desta forma, o emissor transmite sua posição com um certo nível de imprecisão;


Erros do receptor

O relógio do receptor tem precisão pior do que o do satélite;

O receptor tem limitações na precisão dos cálculos que realiza;

Erro de multi-trajeto (multipath);


Atrasos troposféricos e ionosféricos

O sinal propagado sofre retardo e alteração de fase devido a partículas polarizadas e vapor de água;

Desta forma o satélite parece mais distante do que está;


Dilution of precision - DOP

Os erros vistos anteriormente afetam cada reconhecimento de posição dos satélites – normalmente quatro;

O cálculo da posição do receptor depende de cada cálculo da posição de cada satélite;

Desta forma, os erros se relacionam...


Dilution of precision - DOP

A posição (geometria) dos satélites afetam a precisão da localização do receptor;

Quanto mais centrados numa mesma região do céu, pior;

Chamados esse evento de Diluição de Precisão ou Dilution of precision ou apenas DOP;


Dilution of precision - DOP

Pior

Melhor

Quanto maior o volume do tetraedro, melhor!


Dilution of precision - DOP

DOP melhor


Dilution of precision - DOP

DOP pior


Dilution of precision - DOP

DOP é um fator multiplicativo ao erro – quanto menor, melhor;

Como a posição dos satélites varia no tempo, o DOP também varia;

Quando há mais de 4 satélites acessíveis, o receptor tende a escolher os que fornecem um menor DOP;


Métodos de Posicionamento

São essencialmente dois métodos:

Absoluto;

Relativo.


Método Absoluto

Apenas um receptor – como ilustrado nos exemplos até agora;

Mais utilizado na navegação;

Menor precisão;

Coleta de pontos ao longo do tempo não melhora significativamente a precisão;


Previsão de erro pelo Método Absoluto

Erro do relógio do satélite: 60 cm

Erro de efemérides: 60 cm

Erros dos receptores: 120 cm

Atmosférico/Ionosférico: 360 cm

Total (raiz quadrados da soma dos quadrados): 390 cm

Em boas condições, o DOP varia de 3 a 7. De 3x390cm a 7x390cm ou seja, de 10 a 30 metros, aproximadamente.


Método Diferencial (relativo) - DGPS

Tem-se um aparelho DGPS num ponto conhecido com boa precisão;

O DGPS calcula sua posição pelo sistema GPS e compara sua posição de alta acurácia;

Envia correções para receptores móveis;


Método Diferencial (relativo) - DGPS

Mitiga erros inerentes do sistema – precisão de 1 a 5 metros;

Há dois tipos de DGPS:

Tempo real;

Pós-processado;


Exemplo ilustrativo de DGPS em tempo real

Calcula ao

longo do

tempo sua

posição

DGPS

Receptor

DGPS

Correções

Posição com mais

precisão!!!

Posição conhecida

e acurada


DGPS - Disponibilidade

Em certas localidades, empresas ou governo dispõe de uma infraestrutura de antenas DGPS que já fornecem sinais aos receptores;

Também é possível adquirir seu próprio equipamento;

O IBGE dispõe do Sistema Geodésico Brasileiro, pontos geográficos (marcos) de alta-precisão que podem servir como local à estação DGPS;


Método Relativo (outros)

Também se utiliza de uma ou mais estações conhecidas e com posição acurada;

O receptor calcula sua distância utilizando os sinais dos satélites e das estações;

Com métodos matemáticos e propriedades físicas de propagação de ondas, obtêm-se precisão milimétrica;

O IBGE mantém Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo com uma base de estações;


Principais dados gerados pelo GPS de navegação

Waypoints:

São pontos geográficos marcados pelo usuário.

Tracklogs (trilhas):

É um recurso que pode ser ativo no aparelho, onde o mesmo marca de tempo em tempo pontos na atual localização, formando ao final uma linha que representa o caminho seguido pelo aparelho.

Routes (rotas)

São waypoints ligados numa dada ordem pelo usuário.


Leitura complementar

Material com conceitos de GPS:

http://www.scribd.com/doc/7156577/Conceitos-GPS

GPS – Um guia prático:

http://www.gpstm.com/articles.php?lang=port&article=11

Apostila sobre GPS:

http://www.gpstm.com/articles.php?lang=port&article=12


Obrigado

José Augusto Sapienza Ramos

[email protected]


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