Discussão:Sistema de posicionamento global: diferenças entre revisões

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Revisão das 20h45min de 13 de março de 2005

Vou por umas informações aqui mas não sou o autor, vou tentar entrar em contato com ele para validar a inserção das partes que interessem no artigo. Peço o obséqui de que ressaltem as informações relevantes:

1 - Evolução da Navegação por Satélite Os sistemas de rádio-navegação começaram com sistemas baseados em Terra. Os sistemas baseados em Terra começaram com os sistemas RDF (Radio Direction Finding) e sistemas de Hiperbólicas. Sistemas RDF são simples e fácil de entender. Simplesmente o operador sintoniza para uma estação de rádio conhecida usando uma antena direcional para sintonizar a estação de rádio. O procedimento é repetido com outra es- tação de rádio. O operador então calcula a sua posição. Sistemas Hyperbólicas são mais complexos. O sistema usa co- ordenadas de transmissão de duas ou mais estações de radio. Ele fun- ciona baseando-se no fenômeno que todos os pontos onde a diferença entre si- nais de rádio vindas de estações diferentes é uma constante forma de hiperbole. Ele possibilita montar um mapa exibindo várias hiperboles (as hi- perboles são linhas que indicam uma diferença constante entre diferentes estações de rádio). O usuário usa o equipamento de radio para escutar o sinal de radio, então iguala a diferença encontrada por uma hiperbole apropriada no mapa. Isto determinava ao usuário algum lugar ao longo de um arco na Terra. Este processo é repetido usando um segundo par de estações para determinar outra hiperbole. O usuário determina a posição achando o ponto no mapa onde as duas hiperboles se intersectavam. Os sistemas NAVSTAR e GLONASS usam o princípio tri-lateral (tri-dimen- sional: x, y e z). O usuário recebe determinado a distância dele em relação a cada um, duma série de satélites. Conhecendo-se as posições dos satélites, e a sua posição em relação a eles, o usuário pode calcular a sua posição. No decorrer do trabalho veremos melhor.

2 - Estrutura do GPS O GPS, para o seu funcionamento, é formado por 3 segmentos. Veja a seguir.

2.1 - Segmento Espacial

Formado pelos satélites que estão em órbita. Consiste de 24 satélites, em 6 órbitas diferentes com 4 satélites em cada órbita. Os satélites percorrem a ór- bita em torno da Terra a cada 12 horas, a uma altitude de aproximadamente 11.000 milhas náuticas, cada satélite têm 28 graus de visualização sobre a Terra e estão inclinados 55 graus em relação à linha do Equador. Vários pontos da Terra por alguns momentos, são visualizados por 6 a 10 satélites focalizando a mesma área. Isto fornece redundância, desde que apenas 4 satélites são requeridos para uma determinação tri-dimensional de posição. Na figura a seguir, temos basicamente a distribuição de cada órbita em relação à Terra :

Visualização das Órbitas.

Curiosidade : Velocidade Orbital da Terra é 29,8 Km/s. (Satélites GPS é de aproxi- madamente 60 Km/s).

2.1.1 - Satélites GPS

Os satélites foram construídos em vários blocos, cada um com carac- terísticas particulares, incorporando novas mudanças ou desenvolvimento de equipa- mentos.

Visualização de um Satélite GPS.

2.1.1.1 - Bloco I

Foi construído pela Rockwell International. Os satélites operavam com uma autonomia de 3,5 dias sem o sinal de controle das bases de Terra. Este bloco, começando com o SV (Spave Vehicle) 8 tinham instrumentos que permitiam o monitoramento de explosões nucleares ocorridos na atmosfera ou no espaço (*), fiscalizando o(s) tratado(s) assinado(s) (Nuclear Non-proliferation Treaty and Atmospheric Test Ban). Esta função foi importada e aperfeiçoada pelo sistema de satélites VELA. O sistema NAVSTAR possue muito mais satélites que o sistema VELA, realizando uma detecção mais eficiente. Instrumentos carregados no Bloco I inclue sensores de raio-X (*), sensores de solo e detectores de sinal de rádio (**).

(*) - As explosões nucleares emitem um flash de raio-X que dura menos que 1 micro- segundo. Este flash pode ser visto pelos detectores de raio-X de vários satélites NAVSTAR. Medindo o tempo de chegada do flash aos vários satélites, a localização da explosão pode ser determinada (enviando os sinais para o segmento de controle). (**) - As explosões nucleares também emitem ondas de rádio, chamadas de pulso ele- tromagnético. O pulso é causado pela radiação da bomba, que "chuta" os elétrons arrancando-os das moléculas da atmosfera, propagando o sinal.

2.1.1.2 - Bloco II

Foi projetado para oferecer confiabilidade superior a 7 anos de serviço. Os satélites foram construídos pela General Electric Astrospace. Os satélites projetados requeriam uma interação mínima com a Terra e pouca manutenção (correção).

2.1.1.3 - Bloco IIA

Na essência os satélites são idênticos ao padrão do Bloco II, mas com uma excessão. As estações de Terra eram incapazes de carregar novas informações de na- vegação, os satélites transmitiam a mesma mensagem de navegação por até 180 dias (6 meses de autonomia programada). As órbitas dos satélites só podiam ser mudadas após esse período.

2.1.1.4 - Bloco IIR

O Bloco IIR de satélites têm como característica a autonomia de navegação. Podiam criar sua própria mensagem de navegação sem dados carregados das bases de Terra. Isto dava ao sistema manter-se com maior precisão por muito mais tempo.

2.2 - Segmento de Controle

Todos os 24 satélites são controlados pelo Segmento de Controle em Terra. Este controle é feito por uma estação de controle Master localizado no Colorado, nos Estados Unidos. Ele é responsável por monitorar o rastro dos satélites com o auxílio de 5 estações de monitoramento espalhados pela Terra, processando todos os dados e então enviando a correção e sinais de controle para os satélites. O segmento de controle monitora a performance total do sistema, corrige posições do satélite e reprograma o sistema com o padrão necessário. As estações de monitoramento estão localizados em :

- (1) Ilha de Ascención no Atlântico Sul, - (2) Diego Garcia no Oceano Índico, - (3) Kwajalien no Oceano Pacífico, - (4) Cabo Kennedy na Flórida, - (5) e Hawaii. - (6) - Estação Master - Colorado.

Veja no mapa a distribuição das estações de monitoramento :

Estações de Monitoramento. A localização de cada estação de monitoramento oferece um monitoramento constante de cada satélite. Todas as estações de monitoramento trilham os satélites, determinam a sua performance operacional, chekam os parâmetros, e passam estas informações para a Estação de Controle Master. A estação Master pode então determinar os parâmetros de órbita de um satélite corrente, e transferir dados de correção para o mesmo satélite. A determinação desse número de satélites circulando o globo, mais os planos de órbita dos satélites, junto com a estrutura de comando e controle, faz com que o GPS assegure que um número mínimo de 4 satélites sempre estará disponível para oferecer, seja de dia ou de noite, em qualquer lugar da super- fície da Terra, uma posição precisa de determinado objeto (através de um recep- tor - um GPS Receiver). O mesmo aspecto de precisão espacial com o mínimo de recurso necessá- rio oferecendo uma informação segura, é assegurado na localização de cada estação de monitoramento, assegurando a posição exata de cada satélite, supervisionando-o a todo momento. Estes dois fatores são necessários para assegurar uma precisão tri- dimensional na determinação da posição - localização geográfica.

2.3 - Segmento do Usuário O Segmento do Usuário do GPS consiste dos GPS Receivers e a comunidade de usuários. Os GPS Receivers converte os sinais dos satélites em posição, ve- locidade, e tempo estimado. Quatro satélites, no mínimo, são requeridos para computar as quatro dimensões : x, y, z (posição) e t (tempo). Os GPS Receivers são usados para orientação à navegação, posicionamento, disseminação do tempo, e outros recursos. A navegação é a função primária do GPS, e é usada por usuários de aero- naves, navios, veículos, e por indivíduos que usam o receptor portátil ("de bol- so"). Também é usado por observatórios astronômicos, por empresas de telecomu- nicações, e laboratórios científicos; podendo configurar sinais controlados por frequências específicas para um determinado propósito, estudo ou experiência. Como exemplo, projetos tem sido feitos para medir parâmetros da atmosfera terrestre.

Navegação com o GPS. Cabine com GPS.

3 - Serviços de Posicionamento do GPS

O GPS oferece dois modos de operação, um mais simples (para usuários civis comuns) e outro mais preciso (de uso reservado). Veja :

3.1 - PPS - Sistema de Posicionamento Preciso

Utilizado por usuários autorizados com equipamentos de criptografia e recei- vers especialmente equipados para usar o modo PPS. É usado pelo Departamento de Defesa americano, pelas forças militares aliada aos EUA, agências do governo americano e alguns usuários civis selecionados pelo governo americano (observatórios, laboratórios ...). Oferece uma precisão de : - 22 metros horizontalmente, - 27,7 metros verticalmente e, - 100 nanosegundos de supervisão/atualização.

3.2 - SPS - Sistema de Posicionamento Standard

Usuários civis do mundo inteiro usam o SPS sem cobrança ou restrições. É o uso standard do GPS. O SPS possue uma precisão mais degradada propositalmente pelo Departa- mento de Defesa americano, pela disponibilidade de uso seletivo. Oferece uma precisão de : - 100 metros horizontalmente, - 156 metros verticalmente e, - 340 nanosegundos de supervisão/atualização.

4 - Sinais de Rádio Utilizados

São utilizados dois tipos de sinais : um para a determinação de posição para seus usuários e outro para eventuais correções necessárias nas configurações dos satélites.

4.1 - Dados para os GPS Receivers

       (Segmento Espacial para o Segmento de Usuários)

Os satélites GPS, também chamados de "Veículos Espaciais" ou SV (Space Vehicles), transmitem em duas frequências na faixa UHF (Ultra High Frequency), para uso nos dois mo- dos. O primeiro é o modo de precisão - ou PPS (que usa as duas frequências) - e o segundo é o modo standard - ou SPS (usando apenas uma frequência). Como vimos o modo mais preciso é para uso militar e usuários autorizados, não está disponível para uso civil. Em cada modo, os sinais são transmitidos aleatoriamente no espaço. O padrão do si- nal é um pseudo-código gerado por um computador dentro dos SV. O modo standard é transmitido a uma taxa de 1.023.000 bits por segundo. O código é simples e contém apenas 1.023 bits de informação e pode ser decifrado rapidamente. O sinal é repetido a cada milisegundo (informação básica : posição do satélite em relação à Terra). O GPS receiver (receptor do sinal) possue o mesmo programa que gerou o pseudo-código emitido pelo satélite. Igualando os padrões de código, o receptor é sincronizado ao sinal emitido pelo SV, dando o primeiro passo na determinação do LOP (Line of Position). Isto é chamado como "Aquisição Inicial de Posição".

Sinais Controle.

Os dados de navegação do GPS para determinação da localização de um Receptor GPS, estão baseadas no tempo decorrido para a transmissão dos bits de dados do satélite ao GPS Receiver, como veremos mais adiante.

4.2 - Dados para os SV’s (Segmento de Controle para o Segmento Espacial)

Aqui temos, o formato e o conteúdo de dados de configuração para os satélites. Um frame consiste de 1.500 bits e é dividido em cinco sub-frames de 300 bits. Um frame é transmitido a cada 30 segundos. Cada sub-frame é transmitido a cada 6 segundos. Os 3 primeiros sub-frames possuem dados de "clock" e órbita - correções do clock do satélite é enviado no primeiro sub-frame, no segundo e terceiro sub-frame são enviados parâmetros para realização de sua órbita. O quarto e quinto sub-frame são usados para a transmissão de diferentes configurações para o sistema (conhecidas como "páginas" de con- figuração). Um conjunto de 25 frames (125 sub-frames) fazem uma completa navegação do sistema (gerenciamento dos satélites), sendo enviado num período de 12,5 minutos. Cada sub-frame contém : - bits de paridade, permitindo a checagem dos dados e corrigir eventuais erros; - bits para dados de navegação, - dados para parâmetros de "clock" em relação ao Time GPS ("Coordenadas de Tempo Universal" - Hora Greenwich), - parâmetros para alteração de certas seções de órbitas da órbita do satélite, - outros parâmetros de sistemas e flags são transmitidos para permitir o funcionamento de detalhes do sistema.

Frame de Dados.

5 - Determinação da Localização

O sinal emitido pelos SV, têm como informação principal a sua posição em relação ao globo terrestre. A partir do cruzamento dessa informação com a posição de outros SV’s, o GPS Receiver têm como calcular a sua posição em relação à Terra.

Determinação da Localização.

5.1 - Calculando o Espaço

Uma vez o GPS receiver estar sincronizado ao sinal do satélite , ele então pode calcular o lapso de tempo desde a transmissão até a sua recepção. O tempo gasto de sua transmissão vezes a velocidade da luz, nos dará a distância percorrida pelo sinal e consequentemente a distância que estamos em relação ao satélite.

Distância = Tempo_Decorrido * Velocidade_da_Luz

(Velocidade da Luz = 162.000 milhas náuticas)

Por exemplo, se o GPS receiver determina que o sinal foi emitido a 0,08 segundos, então multiplicando o tempo decorrido pela velocidade da luz (162.000 milhas náuticas por segundo ou 2,998*100000000 m/s), resultará em uma distância entre o satélite e o GPS Receiver (no caso do exemplo dará aproximada- mente 12.960 milhas náuticas). Dessa forma, fica fácil calcular a distância entre o satélite e o GPS Receiver, que pode estar em qualquer lugar da Terra e estar instalado em qualquer móvel (como um instrumento portátil para as pessoas ou num painel fixo dentro de um camião, navio, avião ...), fornecendo a sua localização. Uma vez determinada a distância do Receiver em relação ao satélite, e sabendo-se a posição do satélite naquele instante, e usando-se a referência de mais três satélites, através da resolução de sistemas lineares (matemática), o GPS Receiver determina a sua posição em relação ao planeta. O modo Precisão - PPS - de uso militar, é dez vezes mais preciso que o modo Standard - SPS - oferecendo maior precisão na medida da distância e consequentemente na sua localização.

5.2 - Fixando uma Posição

Se conhecemos nossa distância em relação a um ponto específico no espaço (SV), então podemos concluir que estamos localizados em algum lugar da superfície da Terra, num ponto máximo considerável ao raio dessa distância em relação ao ponto de localização do satélite na superfície da Terra. A primeira distância medida estabelece a primeira linha de posição (ou superfície de posição). Adicionando a distância em relação a um segundo satélite refina mais a posição encontrada. A adição de uma terceira distância encontrada de um terceiro satélite refina ainda mais a determinação da posição. Só isto não é suficiente. Se considerarmos que estamos a uma distância de 11.000 milhas náuticas de um satélite número um, 12.000 milhas náuticas de um satélite número dois e 13.000 milhas náuticas de um satélite número três e que estes SV estão se movendo no espaço a 7.500 milhas por hora, isto significa que não temos a mesma posição que tinhamos a um segundo atrás (do satélite e do móvel). Para resolver este problema, cada satélite transmite a sua posição (passageira) para o computador receptor (GPS Receiver). O equipamento pode resolver simultâneas equações (referentes dos vários sinais de satélites recebidos) com 4 variáveis desconhecidas (longitude, latitude, altitude e espaço), atualizando a informação ao usuário.

Fixando uma Posição.

6 - Discrepâncias sujeitas no GPS

6.1 - Erro de Propagação na Ionosfera

A ionosfera refrata transmissões de satélite UHF da mesma maneira que refrata transmissões VLF, L/MF e HF, mas em menor proporção. Visto que um sinal refratado pode gerar uma maior distância (vindo torto, em curva, em vez de reto, direto sem distorções) do que um sinal vindo em linha reta, o sinal acusará mais tempo ao ser detectado (aumentando o valor da variável tempo_decorrido), induzindo a um erro na distância encontrada (acusando maior distância em relação ao satélite). Sabemos que o sinal refratado na ionosfera é inversamente proporcional ao quadrado de suas frequências. Isto significa que a alta frequência oferece uma menor refração e disto, induz um erro menor no cálculo da distância real. Os satélites GPS transmitem em duas frequências UHF diferentes, 1.575,42 MHZ e 1.227,60 MHZ, onde cada frequência será afetada (refratada) de forma diferente pela ionosfera e pela atmosfera em suas diversas camadas - evi- tando problemas de distorção de distância para uma aeronave que está a 40.000 pés de altitude ou para um navio que está em alto-mar ou um carro no deserto; condi- ções diferentes e sinais de satélites que atravessam variável número de camadas sujeitas a refração. Comparando a distorção entre as duas frequências, o valor da distorção da ionosfera pode ser calculado diretamente. Conhecendo o valor da distorção que foi induzida, o fator de correção é introduzido no sistema e efetivamente é corrigido o erro de propagação na ionosfera, levantando a distância real em relação ao satélite. A arquitetura do sistema GPS ainda utiliza outra técnica para minimizar o problema da refração causado pela atmosfera. É o uso de DGPS.

Discrepâncias do GPS

DGPS

7.1 - Princípios Gerais

DGPS são métodos de eliminar erros na leitura de um GPS Receiver oferecendo maior precisão. Este processo se baseia no princípio de que a maioria dos erros vistos pelos GPS Receiver são comuns em determinado local. Estes erros comuns são causados por fatores tais como variação de clock, disponibilidade seletiva (SPS X PPS) e mudanças nas condições de propagação das ondas de rádio na ionosfera. Se o GPS Receiver está localizado num local onde as coordenadas geográficas são conhecidas (por outro meio : cartografia por exemplo), a diferença entre as coordenadas conhecidas e as coordenadas calculadas pelo GPS, acharemos um valor de referência a ser corrigido. Estes Receivers são frequentemente chamados de "Estações Bases". O erro determinado pela estação base, pode ser usado pelos GPS Receivers dos usuários. A origem do erro está continuamente mudando, então é necessário marcar a correção de erro da estação base nos GPS Receiver’s dos Usuários. Uma maneira de fazer isto é gravar os dados da estação base e do Receiver do usuário. Os dados são processados juntos posteriormente. Isto é chamado de técnica post processing. A outra maneira é transmitir os dados da estação base para o Receiver, onde o cálculo é feito em tempo real. Este processo é chamado de real-time dgps.

DGPS Princípios

7.2 - Precisão com DGPS

300m - 100m : Esta é a faixa de precisão que o Departamento de Defesa garante de um SPS - serviço Standard disponível para os usuários civis. 25m - 10m : um barato receiver portátil, na faixa de US$ 300 a US$ 3.000, com DGPS oferecendo esta margem de precisão. 5m - 1m : um receiver melhorado com rotinas de mapeamento. Custo em torno de US$ 500 a US$ 5.000. 1m - 10cm : Receivers com rotinas de mapeamento de maior precisão. Mais de US $3.000. 10cm - ?mm : Receivers desta classe, custam mais de US$ 15.000 a unidade, possuindo técnicas sensíveis de medição de frequência.

8 - Tipos de GPS Receivers

- Na Aviação : Instalado no painel de instrumentos da aeronave. É utilizado para navegação e determinação da atitude de vôo. Há um grande número de receivers disponíveis e de custos variados. Há GPS Receivers de uso portátil o qual pode aceitar cartões de dados contendo mapas, tabelas e gráficos Jeppson. As unidades GPS Receivers estão sendo incorporados nos jumbos e testados para realizarem em pouco tempo aterrisagens automáticas com total confiabilidade (incorporado ao CADC da aeronave).

- Placas para uso no computador : Estes receivers são projetados para serem instalados dentro do computador, num slot do equipamento. Há placas-receivers baseados em micros IBM-PC, fabricados pela Novatel; e para outros padrões pela GEC-Plessey (Apple...). Estas placas estão em torno de US$ 1.000,00.

- Uso Portátil : Uma grande variedade destes modelos está disponível. Muitos são projetados para um propósito específico tais como navegação terrestre, marítima, aviação e ainda, para a indústria de mapas. Alguns receivers estão disponíveis abaixo de US$ 300,00, mas o mesmo receiver "rodando" unidades de mapeamento chega a US$ 4.000,00.

- Para Mapeamento : Estes receivers são projetados para mapear lugares para posterior inclusão em Bancos de Dados, mapas ou desenhos. Todos possuem algoritmos DGPS e a maioria têm capacidade de armazenar uma série de pontos e adicionar texto ou alguma informação para estes pontos. O custo destes tipos de receivers começam em torno de US$ 1.000,00.

- Módulos OEM : São simples placas de GPS Receivers que são projetados para ser incorporados em outros equipamentos. Muitos são equipados com uma ou duas portas seriais RS-232, no qual o usuário é responsável pela programação da unidade e interpretação do sinal gerado. Estas unidades podem custar de poucas centenas de dólares a vários milhares. Ex.: para uso da caixa-preta de um avião (o módulo detecta a posição geográfica da aeronave e manda a resposta para ser armazenada na caixa-preta e/ou para ser interpretada por outros instrumentos - CADC ...).

- Cartões PCMCIA : Existem três modelos : o NavCard fabricado pela Rockwell, o GPSCard e o GoldGPSCard fabricados pela Trimble Navigation. O GoldGPSCard aceita a correção diferencial enquanto que os outros não estão adaptados para isto, são mais simples. Todos estes cartões estão custando entre US$ 300,00 e US$ 1.600,00.

- Marinha : Estes receivers são usados exclusivamente para navegação marítima. Muitos deles têm interface NMEA-183 (National Marine Electronics Association) para conexão em outros componentes eletrônicos do navio (poder gerar alguma autonomia para determinado instrumento ou até mesmo para a navegação).

9 - Outros tipos de Sistemas de Rádio Navegação

9.1 - Sistemas de Rádio Navegação Baseados em Terra

9.1.1 - DECCA

O sistema DECCA foi um sistema de navegação de baixa frequência baseado em hiperbólica, cobrindo a Europa Ocidental, partes do Canadá, o Golfo Pérsico e a Bacia de Bengala. DECCA funcionava comparando as diferentes fases do sinal de rádio emitido por várias estações.

9.1.2 - GEE

GEE é um sistema britânico, similar ao LORAN mas usando frequência VHF.

9.1.3 - LORAN-A

O LORAN-A (ou LORAN standard) foi um sistema desenvolvido durante a Segunda Guerra Mundial pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts. LORAN - LOng RAnge Navigation - foi desenvolvido pela necessidade de precisão de localização para navios e aeronaves militares. Operava na faixa de 1.850 Khz a 1.950 Khz.. O sistema cobria uma faixa de 600 milhas (aproximadamente 1.100 Km.).

9.1.4 - LORAN-C

O sistema foi desenvolvido na década de 50. Os vigentes sistemas de rádio navegação baseados em terra operavam de 90 Khz a 110 Khz. O LORAN-C é baseado em sistema de hiperbólicas que fornecia 0,25 nm (milha náutica) - aproximadamente 400 metros - de precisão, 18 a 90 metros de precisão refinada, 95 % de segurança/confiança, e 99,7 % de disponibilidade. Foi desenvolvido para fornecer ao Departamento de Defesa um sistema com maior capacidade, com maior precisão que seu antecessor LORAN-A. O LORAN-C é usado por marinheiros nas águas costeiras americanas. A Guarda Costeira U.S. é responsável pela operação do sistema e manutenção. LORAN-C cobre os EUA e suas águas costeiras, os Grandes Lagos, e grande parte do Alasca. Muitos outros países estão interessados em usar o LORAN-C, como : Índia, Noruega, França, Irlanda, Alemanha, Espanha, Itália, Rússia, China, Japão, Filipinas e outros.

9.1.5 - Omega

Sistema baseado em Terra, um pouco mais antigo que o LORAN-C. Desenvolvido pelos EUA, e operado em conjunto com outras seis nações. O Omega é um sistema VLF (Very Low Frquency), com comparação de fase, cobertura mundial, precisão de 2 a 4 milhas, 95 % de segurança e 95 % de disponibilidade. Os usuários do Omega incluem navegadores aéreos e marítimos, bem como muitos não-navegadores (por exemplo, Serviço Nacional de Meteorologia). O sinal do sistema Omega vêm de 8 estações (presentes na Noruega, Libéria, EUA com 2 estações, França, Argentina, Japão e Austrália). A Guarda Costeira U.S. é responsável pela operação e manutenção do sistema. Opera nas seguintes frequências 10.2, 11.05, 11.3, 13.6 Khz. A precisão obtida depende da localização geográfica e direção da viagem (do percurso), a estação de referência usada, as anomalias de propagação do sinal, e a época do ano (condições atmosféricas). Dispositivos diferenciais têm sido criados para dar precisão às posições encontradas. Cobre o Atlântico Norte e Sul, o Pacífico Norte e Sul, Oceano Índico e Mediterrâneo.

9.2 - Sistemas de Navegação Baseados por Satélite

9.2.1 - GLONASS

Sistema de navegação Russo - Contra parte ao NAVSTAR. GLObal NAvigation Satellite System, oferece posicionamento tri-dimensional, medição de velocidade e tempo em qualquer parte da Terra ou na atmosfera terrestre. Uso no gerenciamento do tráfego aéreo e naval (segurança), monitoramento no transporte terrestre, auxílio à cartografia e geodesia, monitoramento ecológico, orienta operações de procura e resgate ...

9.2.2 - SECOR

SECOR (SEquential COllation of Range) foi um sistema de posicionamento e navegação por satélite do exército americano. Treze satélites foram lançados entre 1.964 e 1.969. A maioria dos satélites pesavam entre 17 e 20 Kg.

9.2.3 - TRANSIT

Foi o 1o. sistema de navegação por satélite. O sistema foi projetado no auxílio à navegação submarina. O sistema permitia ao usuário determinar a posição medindo o efeito doppler do sinal de rádio transmitido pelo satélite. O sistema teve vários obstáculos para poder deslanchar. Primeiro, o sistema era bi-dimensional. Segundo, a velocidade do usuário tinha que ser mínima para poder receber o sinal e calcular a posição. Terceiro, muita interferência entre os satélites restringiu o número total para 5. O serviço estava disponível apenas alguns períodos do dia. Estes obstáculos eliminaram o seu uso na aviação e em muitos segmentos em Terra.

9.2.4 - NAVSTAR

O sistema NAVSTAR GPS é baseado em rádio navegação por satélite, desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos EUA. O sistema permite que usuários de Terra, mar e aeronáuticos, tenham a sua posição determinada tri-dimensionalmente, velocidade, disponibilidade de 24 horas por dia, em qualquer tempo, em qualquer parte do mundo, com precisão e exatidão melhor do que qualquer outro sistema de rádio navegação disponível hoje. O sistema NAVSTAR têm outras funções. Começando pelo satélite número 8, os satélites possuem equipamentos de detecção de explosão nuclear. O GPS Nuclear Detection (GPS NUDET) é um programa entre a Força Aérea Americana e o Departamento de Energia.

9.2.5 - Tsikada

Sistema de navegação Russo para uso civil - 4 satélites.

9.2.6 - Tsyklon

Primeiro sistema de navegação por satélite lançado pela União Soviética - 1.967. O sistema era baseado em técnicas Doppler "copiadas" do sistema TRANSIT americano.

10 - Aplicações do GPS

10.1 - Roteirista de viagens

Modernos SW já foram elaborados para determinar a sua posição dentro de uma cidade, quais as atrações e pontos turísticos mais próximos, hotéis, postos de emergência ... Utilizando esses recursos de mapas digitalizados e informações adicionais, você têm como planejar a sua viagem, sua rota, com antecedência; planejando a sua presença num determinado evento naquela cidadezinha longínqua... Ou escolha o seu ponto de destino e o SW determina rapidamente a melhor rota a ser seguida e depois é só colocar o "pé na estrada" e monitorar a sua posição no mapa com a ajuda do GPS.

10.2 - Monitoramento de Abalos-Sísmicos

Projeto elaborado pela Southern California Integrated GPS Network (SCIGN), usando as taxas de deformação dos sinais emitidos pelos satélites GPS como entrada, para calcular a probabilidade de riscos sísmicos em algma região. Esse estudo está sendo feito na região metropolitana de Los Angeles, depois que se descobriu que abalos sísmicos provocam alteração no campo gravitacional da região atingida ou antes de acontecer o terremoto, e as ondas de rádio sofrem distorções com essas alterações, podendo denunciar a ocorrência do terremoto com algumas horas de antecedência.

10.3 - Aplicação na Meteorologia

Os objetivos do GPS/MET são experimentos usando o sinal dos satélites GPS para sondar membros ativos na atmosfera, através de observações contínuas no sinal GPS. O GPS/MET gera informações para a previsão da meteorologia, estudo do clima e outros campos de pesquisa. O GPS/Meteorlogy faz uso do GPS para detectar variáveis na atmosfera da Terra. Os cientistas têm demonstrado que, usando GPS Receivers baseados em terra, o GPS/MET é capaz de dar precisamente a medida de vapor d´água em um determinado lugar. Objetivos do programa GPS/MET : - construir um sistema eficiente/confiável para extrair informações do sinal de rádio; - desenvolver algoritmos para obter dados precisos com relação a índice de refração, pressão atmosférica, temperatura e umidade; - pesquisa nas condições do tempo; - e disponibilizar informações aos cientistas com as pesquisas realizadas.

10.4 - Localização para Resgate

Acionando um helicóptero-médico. O serviço usa um GPS Receiver para guiar helicópteros ambulância para o lugar do acidente. Isto é particularmente útil em áreas rurais/florestais/desérticas onde a navegação visual por marcos (referências) em terra, são esparsos (escassos) e o terreno é pouco diferenciado em áreas vastas. O GPS receiver foi usado para este propósito em Março/92, para salvar uma vítima de

acidente no rio Chickahominy.

10.5 - Aplicações Industriais

Aplicação de pesticidas na agricultura. Áreas que foram infectadas por pestes podem ser facilmente identificadas por fotografias aéreas. Com o uso de um sistema Diferencial GPS, um trator foi guiado para as áreas infectadas, para a aplicação química. A uma taxa de 9600 bps o sinal foi transmitido para o trator em módulo FM fornecido por uma estação de rádio local. Um PC 386 equipado com mapas da região foi usado para guiar o trator.

10.6 - Uso militar do GPS

Coordenadas de ataque; navegação marítima, aérea e terrestres; orientação e controle para mísseis balísticos, marcação para artilharia, bombardeio de aeronaves, defesa aérea, trilhar submarinos, localizar minas, localização de radares inimigos, procura e resgate, logística ... Mau uso do GPS : uso terrorista (?!?)...

10.7 - Uso do GPS na Aviação :

WAAS - Wide Area Augmentation System - É um programa patrocinado pela FAA (Federal Aviation Administration) que fornecerá às aeronaves com sistema de navegação GPS, capacidade de aproximação por instrumentos em Categoria I (*). O programa estará pronto por volta de 2.001 e será utilizado em vários aeroportos, habilitando-os na categoria I de aproximação.

LAAS - Local Area Augmentation System - É um sistema convencional DGPS. É instalado nos aeroportos e fornece categorias I, II e III (*) de aproximação. A instalação de um LAAS sai mais barato que a instalação dos instrumentos convencionais de pouso atualmente instalados.

FANS - Future Air Navigation System - É parte de um movimento internacional para reduzir ou eliminar a necessidades das aeronaves utilizar uma airway (rota aérea), mudando para um conceito de free flight.

    (*) Categorias de Aproximação - Diz respeito às condições de visibilidade ligadas

ao pouso da aeronave em determinado aeroporto. Dependendo da categoria, a tripulação fará o pouso em situações delicadas, dependendo exclusivamente da leitura de instrumentos ou do controle do computador de bordo. Categoria I - pouso feito exclusivamente pelo piloto automático (CADC). A tripulação não enxerga nada ao seu redor (situações de nevoeiro intenso, é frequente em países da Europa e América do Norte). Chega ao extremo quando o próprio CADC realiza as operações de taxiamento da aeronave. (No Brasil este tipo de operação não é realizado, por falta de investimento em equipamentos a nível de aeroportos e aeronaves consequência : aeroportos fechados, atraso dos vôos, pouso em aeroportos alternativos ...). Categoria II - Condições de visibilidade regulares para pouso. Categoria III - Condições ótimas de visibilidade.

10.8 - Topografia Oceânica

O Ocean Topography Experiment (TOPEX/Poseidon) é um projeto entre EUA e França para desenvolver e operar um sistema avançado de satélites dedicado a observar os oceanos da Terra. O TOPEX/Poseidon foi lançado pelo foguete Ariane em Agosto/92 na Guiana Francesa. O satélite fornece a profundidade dos oceanos com precisão de 5 cm. O satélite TOPEX usa os dados do GPS, para constantemente ficar posicionado exatamente no centro da Terra. Isto permite medições da profundidade dos oceanos tomando como referência o centro da Terra. O TOPEX carrega uma série de sensores, incluindo rádio-altímetros, retro-reflector laser, GPS receiver ...

11 - Bibliografia/Fontes

Este trabalho foi apresentado como minha monografia de formatura (em Jun/97), na Fatec-SP, e este meio (que voce está usando) foi a minha principal fonte de pesquisa.

- Sites na Internet :

http://wwwhost.cc.utexas.edu/ftp/pub/grg/gcraft/notes/gps/gps.htm/ http://pocc.gpsmet.ucar.edu/over/septsumm.htm/ http://galaxy.einet.net/editors/john-beadles/introgps.htm/ http://southport.jpl.nasa.gov/

- Revistas : * Aero Magazine - No. 27 - Segurança : e se o GPS falhar ? * ALA - Associación Latino-Americana de Aeronáutica - Vol. 3 - No. 7. Trimble e o Sistema GPS - Informação Precisa ao Alcance de Todos.

- Livros, Apostilas e Manuais : * Apostila : EMA - Escola Maior de Aviação - Instrumentos de Bordo. * Apostila : Cursinho Etapa - Vol. 4 - Física. * Manual de Manutenção / TNL 2000/A & TNL 3000 Navigator.

- Software : * Shareware GPSS - PcPlus Super CD.