GPS - Global Positioning System
(Sistema de Posicionamento Global)
GPS
• O que é?
– É um sistema que fornece a posição de um
receptor GPS (em qualquer lugar do Planeta,
a qualquer hora do dia, em qualquer dia do
ano) em Latitude, Longitude e Altitude, seja
em terra, no mar ou no ar.
– Este sistema funciona em qualquer condição
climática, independe da presença de nuvens,
diferente da navegação pelas estrelas.
GPS
– Ele é composto de 24 satélites em órbitas
elípticas inclinadas de 55º em relação ao
Equador, e a uma altitude média de
20.200km, fazendo duas rotações em torno
da Terra no intervalo de 24 horas.
– Para comparação, a ISS (International Space
Station) está a 332 km de altitude e os
satélites de telecomunicações geoestacionários estão a 36.000km de altitude.
GPS
– Na realidade é como na navegação pelas
estrelas (que estão “paradas” no firmamento),
sem o inconveniente de depender da não
existência nuvens, para poder visualizá-las.
No caso do GPS, as “estrelas” (satélites) se
movem.
GPS
• O que é? (cont.)
– Estes satélites estão distribuídos em 6 planos
orbitais, intervalados longitudinalmente de
60º, com 4 satélites em cada plano,
defasados de 90º entre si.
– O sistema é composto do Segmento Espacial
(satélites), do Segmento de Controle e
Monitoração (5 estações terrestres) e o
Segmento de Usuários (que são aparelhos
receptores terrestres, marítimos ou aéreos).
GPS
• Em 1957, George Weiffenback e William
Guier demonstraram que a posição do
satélite russo, Sputinik, poderia ser
mapeado pela medição cuidadosa do
deslocamento Doppler da onda de rádio,
contínua, transmitida pelo satélite, ou seja,
era possível mapear suas efemérides, ou
almanaque.
GPS
• No ano seguinte, Frank McClure percebeu que
o inverso é verdadeiro, ou seja, se temos o
almanaque do satélite, podemos determinar
nossa posição sobre a Terra observando o
deslocamento Doppler de um transmissor
estável a bordo de um satélite.
• No caso do GPS, as estações monitoras
rastreiam os satélites, determinam seu
almanaque e verificam seus relógios.
GPS
• Para obter a localização de um receptor é
preciso um mínimo de 3 satélites, 2D
(latitude e longitude), e 4 satélites, 3D, ou
seja, com a altitude também.
• O receptor do usuário mede o tempo
gasto pela onda de rádio, vindo de cada
satélite, estabelecendo suas diferenças.
Cada satélite tem um relógio atômico a
bordo para obter a precisão necessária.
GPS
• Quatro incógnitas:
– Latitude
– Longitude
– Altitude
– Erro do clock do receptor
• Quatro equações:
– A diferença de tempo de cada um dos, no
mínimo, quatro satélites.
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• Portadoras (em todos os satélites):
– L1 = 1.575,42 MHz
– L2 = 1.227,60MHz
• Modulações:
– C/A (coarse acquisition, uso civil)
– P (precision, uso militar)
– D (CDM, code division multiplex)
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• O uso de 2 freqüências é necessário para
corrigir alterações quando a onda de RF
atravessa a ionosfera.
• Os códigos C/A e P são escolhidos e
transmitidos em uma mesma portadora,
mas de forma ortogonal, ou seja, um é
estatisticamente independente do outro.
Além disso, eles modulam a portadora
com diferença de 90º na fase.
GPS
• Para uso civil, basta o código C/A. Se o
receptor já tiver o almanaque formado, ele
leva cerca de 2 minutos para adquirir a
primeira posição. Caso contrário deixe-o
ligado por 10 minutos antes das leituras.
• A Estação Mestre envia para cada satélite
o almanaque e as correções de tempo
que, por sua vez, são transmitidos para os
usuários.
GPS
• O código D contém as informações de
tempo do satélite (satellite clock), as
efemérides, os dados do funcionamento
do satélite e dados para correções
ionosféricas.
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