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GPS (Global Positioning System)

Sistema de Posicionamento Global

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=xv7zNfM_38kYPM&tbnid=O4LMWWwz1QZP7M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.fisica.uh.cu/bibvirtual/vida%20y%20tierra/gps/gps.htm&ei=capFUtPZIorO0QWYi4GQDg&bvm=bv.53217764,d.ZGU&psig=AFQjCNGnNSV5Y13scLaQ-AO_c89W_cI-Nw&ust=1380383562304784

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TCNICAS DE POSICIONAMENTO

ABSOLUTO

RELATIVO

POSICIONAMENTO

SISTEMA DE REFERNCIA

Sistema de Posicionamento Global um sistema de posicionamento por satlite que permite posicionar um

corpo que se encontre superfcie da Terra ou na sua rbita

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O Sistema de Posicionamento Global (NAVSTAR GPS NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System) foi criado e desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos com fins militares .

Atualmente tem como objetivo garantir tempo e navegao de preciso continua e global, em tempo real e sob quaisquer condies atmosfricas. Incio de funcionamento: dcada de 80

GPS (Global Positioning System)

GPS (Global Positioning System)

Sistema de Posicionamento Global

Perodo de Funcionamento

T = 12 horas. 4

SEGMENTO ESPACIAL Constelao de 24 satlites na rbita da Terra.

SEGMENTO DE CONTROLO Estaes de observao terrestres

SEGMENTO DO UTILIZADOR

Recetor de GPS.

SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

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1 - SEGMENTO ESPACIAL

O sistema NAVSTAR (sigla para

Navigation Satellite Timing and

Ranging) constitudo por:

24 satlites, distribudos por seis

rbitas aproximadamente circulares

(cada uma com 4 satlites) com raio de

cerca de 26 600 km separadas entre si

de 60 em longitude.

perodo orbital - 12 horas siderais (que

faz que cada satlite aparea 1 minuto

mais cedo em cada dia)

Emite sinais na banda das micro-ondas

em intervalos de 1 ms.

Inclinao orbital prxima dos 55,

relativamente ao plano equatorial

terrestre.

Em cada instante, pelo

menos 4 satlites esto

acessveis comunicao

de qualquer ponto da Terra.

SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

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FREQUNCIA DO SINAL

f0 = 10,23 MHz

f = 1575,42 MHz

f = 1227,60 MHz 7

= 29,30 m = 19,03 cm = 24,42 cm

Emitem radiaes na

gama das micro - ondas

2 - SEGMENTO DE CONTROLO

uma rede constituda por cinco estaes terrestres. Estas estaes tm como funo controlar a posio e os relgios dos satlites. Sempre que necessrio efetuam correes aos relgios e s rbitas descritas pelos satlites;

Fazem pequenos ajustes nos dados (posio e tempo) que os satlites GPS enviam para que a posio determinada pelos recetores seja sempre a mais precisa possvel. (As alteraes que se observam so devidas atrao gravitacional e presso da radiao solar)

SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

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Funes: i. Verificar o funcionamento dos satlites; ii. Calcular as rbitas dos satlites para uma dada poca; iii. Sincronizar os relgios dos satlites com o tempo GPS; iv. Determinar parmetros ionosfricos; v. Controlar as manobras de substituio e de correo das rbitas; vi. Atualizar a mensagem de navegao; vii.Enviar os dados necessrios aos satlites.

Os dados recolhidos nas estaes de monitorizao so enviados para a estao principal; So efetuados os clculos necessrios atualizao da mensagem de navegao. Os dados atualizados so enviados periodicamente para as estaes de transmisso que posteriormente os enviam para os satlites.

2 - SEGMENTO DE CONTROLO

3 - SEGMENTO DO UTILIZADOR

So os recetores GPS propriamente ditos e que permitem:

- determinar a posio do utilizador conhecendo as suas coordenadas;

- Receber e descodificar os sinais dos satlites;

- Trocar dados com outros receptores e com computadores;

- Obter mapas detalhados ou mesmo a melhor rota para um determinado local.

Cada recetor ao receber o sinal emitido por um satlite identifica-o e, por comparao com o que tem registado em memria, localiza-o com exatido.

Para localizar um lugar na terra o recetor recorre ao mtodo geomtrico da triangulao aps calcular a distncia a 3 satlites

SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

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O satlite envia um sinal, que recebido pelo recetor, atravs de ondas eletromagnticas. O sinal emitido por um satlite informa qual a sua posio na rbita e qual o tempo t marcado no seu relgio atmico.

O recetor recebe o sinal no instante t + t, que coincide com o tempo marcado no seu relgio de quartzo determina a sua distncia ao satlite atravs da expresso

tvd

1-8 sm 100,3 cv

com

MTODO UTILIZADO MTODO GEOMTRICO DE

TRIANGULAO

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MTODO GEOMTRICO DE TRIANGULAO

Aps estimada a distncia a um satlite, sabemos que nos encontramos sobre uma superfcie esfrica com raio igual distncia ao satlite.

A interseo das superfcies esfricas obtidas a partir da determinao da distncia a dois satlites uma circunferncia. O ponto poder ser qualquer um pertencente referida circunferncia.

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MTODO GEOMTRICO DE TRIANGULAO

A interseo das superfcies esfricas obtidas a partir da determinao das esferas de raio igual a cada uma das distncia do utilizador a 3 satlites reduz-se a 2 pontos. Considerando tambm a Terra como uma esfera, a interseo das superfcies esfricas dos 3 satlites e da Terra permitir reduzir estes 2 pontos a apenas 1 ponto.

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SINCRONIZAO

Usa-se ento o 4 satlite para a sincronizao dos relgios dos satlites e dos recetores GPS. O recetor de GPS corrige automaticamente, adicionando ou subtraindo tempo ao seu relgio at obter distncias aos satlites que se intersetem num nico ponto.

O recetor sabe agora, no s a sua localizao exata sobre a Terra

(x, y, z, t), mas tambm o tempo certo (dado pelos relgios

atmicos a bordo dos satlites). 15

O recetor mede a distncia ao satlite 1. O navegante pode estar em

qualquer ponto da superfcie esfrica

O recetor mede a distncia ao satlite 2. O navegante s pode estar nos pontos de interceo das duas

superfcies esfricas

O recetor mede a distncia ao satlite 3. A sua posio s pode estar nos pontos

de interceo das 3 superfcies esfricas

A interceo com a Terra reduz os 2 pontos possveis da interceo das 3 esferas a apenas 1 ponto e o 4 satlite permite determinar com grande preciso o intervalo t

e corrigir as distncias calculadas permitindo chegar a um nico ponto P.

SNTESE

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SNTESE

Calculadas as distncias aos satlites A, B e C como referido possvel determinar a posio do ponto P, onde se encontra o recetor por interceo das trs superfcies esfricas marcadas. Apesar de 3 satlites serem suficientes para calcular a posio o 4 satlite de referencia tem como objetivo sincronizar os relgios atmicos (extremamente precisos) e de quartzo (menos precisos) uma vez que a determinao do intervalo t crucial.

O satlite envia um sinal que contm informao sobre a sua posio na rbita e a hora t marcada no seu relgio atmico. O recetor sincroniza o seu sinal com o que emitido por cada satlite.

Determina o intervalo de tempo (t) entre o instante em que recebeu o sinal e o instante em que ele foi enviado pelo satlite.

Multiplicando o intervalo de tempo pela velocidade do sinal (3x108 ms-1) sabemos qual a distncia entre o recetor e o satlite.

d = c x t

O GPS utiliza a interseco de esferas para determinar a posio tridimensional cujas coordenadas so a latitude, a longitude e a altitude. 17

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O Sistema de Posicionamento Global faz o posicionamento atravs do conhecimento das

coordenadas geogrficas como a:

o arco do meridiano ou o valor do ngulo ao centro da Terra, expresso em graus, medido entre o equador e o paralelo que passa pelo local.

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Coordenadas Geogrficas

o arco do equador ou o valor do ngulo ao centro da Terra, expresso em graus, medido entre o meridiano que passa pelo local considerado e o meridiano de Greenwich (em Inglaterra).

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Coordenadas Geogrficas

o comprimento do segmento compreendido entre o nvel mdio das guas do mar e do local considerado.

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GPS IMPORTNCIA DA MEDIO

DO TEMPO

A posio dos satlites do sistema GPS deve ser conhecida com grande exatido.

Basta que haja um desvio de 10-6 s entre os relgios de dois satlites, para que a posio de um ponto superfcie da Terra seja afetada pela incerteza de 300 m .

Utiliza-se um quarto satlite cujo sinal serve para sincronizar os relgios atmicos (altamente precisos) que esto a bordo dos satlites e os cronmetros de quartzo menos precisos dos recetores.

Tipos de relgio:

- mecnicos (incerteza de 100 ms/dia)

- de quartzo (incerteza de 0,1 ms/dia)

- atmicos (incerteza de 0,1 s/dia)

TIPOS DE RELGIOS

Os relgios possuem um mecanismo de produo de oscilaes regulares e outro que conta as oscilaes e as converte para uma unidade de tempo.

Relgios mecnicos, oscilaes de um pndulo;

Relgios de quartzo, oscilaes de um cristal de quartzo;

Relgios de atmicos, baseiam-se na frequncia das radiaes emitidas, ou absorvidas, por tomos ou molculas. 22

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