Global Positioning · PDF file 2013. 9. 17. · SEGMENTO ESPACIAL •O sistema...

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Transcript of Global Positioning · PDF file 2013. 9. 17. · SEGMENTO ESPACIAL •O sistema...

  • GPS (Global Positioning System)

    Sistema de Posicionamento Global

    Período de Funcionamento

    T = 12 horas. 1

    http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=pLWbUCikhcKTgM&tbnid=5l9xd_BJmLr-2M:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FGlobal_Positioning_System&ei=I6QoUr7_GYah0wWz3YCYCA&bvm=bv.51773540,d.ZG4&psig=AFQjCNGWDxk9BwMTfrCIKD_Odi3MvwgVkQ&ust=1378481520332052

  • SEGMENTO ESPACIAL Constelação de 24 satélites na órbita da Terra.

    SEGMENTO DE CONTROLO Estações de observação terrestres

    SEGMENTO DO UTILIZADOR

    Recetor de GPS.

    SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

    2

  • SEGMENTO ESPACIAL

    • O sistema NAVSTAR (sigla para

    Navigation Satellite Timing and

    Ranging) é constituído por 24

    satélites, que distam cerca de

    20200 km da superfície terrestre.

    • Cada um destes satélites dá uma

    volta à Terra em 12 horas e emite

    sinais radio em tempos pré-

    determinados (intervalos de 1 ms)

    E em qualquer instante, pelo menos 4

    satélites estão acessíveis à comunicação

    de qualquer ponto da Terra.

    SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

    Existem 6 planos de órbita diferentes, 4 satélites

    em cada órbita.

    3

  • FREQUENCIA DO SINAL

    f = 10,23 MHz

    f = 1575,42 MHz

    f = 1227,60 MHz

    4

    http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=PvmtH5-o8Pz9sM&tbnid=CIFKhdKTx1BWxM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.sbfisica.org.br%2Fv1%2Fpion%2Findex.php%2Fpublicacoes%2Fimagens%2F130-espectro-eletromagnetico&ei=P4kpUtqcKam10QXryYC4Cw&bvm=bv.51773540,d.ZGU&psig=AFQjCNFbVifw2jWt3T1kgBG8uyEWiyjKSA&ust=1378540197570875

  • O SEGMENTO DE CONTROLO …

    É uma rede constituída por cinco estações terrestres. Estas estações têm como função controlar a posição e os relógios dos satélites. Sempre que necessário efetuam correções aos relógios e às órbitas descritas pelos satélites;

    Fazem pequenos ajustes nos dados (posição e tempo) que os satélites GPS enviam para que a posição determinada pelos recetores seja sempre a mais precisa possível. (As alterações são devidas à atração gravitacional e à pressão da radiação solar)

    SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

    5

    http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=HFZt9kHUQ6hy3M&tbnid=yLNL4wt7Y57qtM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fcoolcourses.moodle.org%2Fcourse%2Fview.php%3Fid%3D41&ei=3BYqUqawO-q20wWx4IHACg&psig=AFQjCNHf4KaWq1fxp6KjeJmoRzoDfg7p3g&ust=1378576284678051

  • SEGMENTO DO UTILIZADOR

    • São os recetores GPS propriamente ditos e que permitem:

    - determinar a posição do utilizador conhecendo as suas coordenadas;

    - Receber e descodificar os sinais dos satélites;

    - 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 satélite identifica-o e, por comparação com o que tem registado em memória, localiza-o com exatidão.

    Para localizar um lugar na terra o recetor recorre ao método geométrico da triangulação após calcular a distância a 3 satélites

    SEGMENTOS QUE O CONSTITUEM

    6

  • O satélite envia um sinal, que é recebido pelo recetor, através de ondas eletromagnéticas. O sinal emitido por um satélite informa qual a sua posição na órbita e qual o tempo t marcado no seu relógio atómico.

    O recetor recebe o sinal no instante t + ∆t, que coincide com o tempo marcado no seu relógio de quartzo determina a sua distância ao satélite através da expressão

    tvd 

    1-8 sm 100,3  cv

    com

    MÉTODO UTILIZADO MÉTODO GEOMÉTRICO DE

    TRIANGULAÇÃO

    7

  • MÉTODO GEOMÉTRICO DE TRIANGULAÇÃO

    Após estimada a distância a um satélite, sabemos que nos encontramos sobre uma superfície esférica com raio igual à distância ao satélite.

    A interseção das superfícies esféricas obtidas a partir da determinação da distância a dois satélites é uma circunferência. O ponto poderá ser qualquer um pertencente à referida circunferência.

    8

  • MÉTODO GEOMÉTRICO DE TRIANGULAÇÃO

    A interseção das superfícies esféricas obtidas a partir da determinação das esferas de raio igual a cada uma das distância do utilizador a 3 satélites reduz-se a 2 pontos. Considerando também a Terra como uma esfera, a interseção das superfícies esféricas dos 3 satélites e da Terra permitirá reduzir estes 2 pontos a apenas 1 ponto.

    9

  • 10

  • SINCRONIZAÇÃO

    Usa-se então o 4º satélite para a sincronização dos relógios dos satélites e dos recetores GPS. O recetor de GPS corrige automaticamente, adicionando ou subtraindo tempo ao seu relógio até obter distâncias aos satélites que se intersetem num único ponto.

    O recetor sabe agora, não só a sua localização exata sobre a Terra

    (x, y, z, t), mas também o tempo certo (dado pelos relógios

    atómicos a bordo dos satélites). 11

  • O recetor mede a distância ao satélite 1. O navegante pode estar em

    qualquer ponto da superfície esférica

    O recetor mede a distância ao satélite 2. O navegante só pode estar nos pontos de interceção das duas

    superfícies esféricas

    O recetor mede a distância ao satélite 3. A sua posição só pode estar nos pontos

    de interceção das 3 superfícies esféricas

    A interceção com a Terra reduz os 2 pontos possíveis da interceção das 3 esferas a apenas 1 ponto e o 4º satélite permite determinar com grande precisão o intervalo ∆t

    e corrigir as distâncias calculadas permitindo chegar a um único ponto P.

    SÍNTESE

    12

  • SÍNTESE

    Calculadas as distâncias aos satélites A, B e C como referido é possível determinar a posição do ponto P, onde se encontra o recetor por interceção das três superfícies esféricas marcadas. Apesar de 3 satélites serem suficientes para calcular a posição o 4º satélite de referencia tem como objetivo sincronizar os relógios atómicos (extremamente precisos) e de quartzo (menos precisos) uma vez que a determinação do intervalo ∆t é crucial.

    O satélite envia um sinal que contém informação sobre a sua posição na órbita e a “hora” t marcada no seu relógio atómico. O recetor sincroniza o seu sinal com o que é emitido por cada satélite.

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

    Multiplicando o intervalo de tempo pela velocidade do sinal (≃3x108 ms-1) sabemos qual é a distância entre o recetor e o satélite.

    d = c x t

    O GPS utiliza a intersecção de esferas para determinar a posição tridimensional cujas coordenadas são a latitude, a longitude e a altitude. 13

  • 14

    Coordenadas Geográficas

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

  • 15

    Coordenadas Geográficas

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

  • 16

    Coordenadas Geográficas

    É o comprimento do segmento compreendido entre o nível médio das águas do mar e do local considerado.

  • 17

    GPS – IMPORTÂNCIA DA MEDIÇÃO

    DO TEMPO

    A posição dos satélites do sistema GPS deve ser conhecida com grande exatidão.

    Basta que haja um desvio de 10-6 s entre os relógios de dois satélites, para que a posição de um ponto à superfície da Terra seja afetada pela incerteza de 300 m .

    Utiliza-se um quarto satélite cujo sinal serve para sincronizar os relógios atómicos (altamente precisos) que estão a bordo dos satélites e os cronómetros de quartzo menos precisos dos recetores.

    Tipos de relógio:

    - mecânicos (incerteza de 100 ms/dia)

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

    - atómicos (incerteza de 0,1 s/dia)

  • TIPOS DE RELÓGIOS

    Os relógios possuem um mecanismo de produção de oscilações regulares e outro que conta as oscilações e as converte para uma unidade de tempo.

    Relógios mecânicos, oscilações de um pêndulo;

    Relógios de quartzo, oscilações de um cristal de quartzo;

    Relógios de atómicos, baseiam-se na frequência das radiações emitidas, ou absorvidas, por átomos ou moléculas. 18

    http://images.google.pt/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Zk6alK-X_wc/SPzYA1-l-YI/AAAAAAAAABY/JeqClFgV9sI/s320/relogio-atomico.jpg&imgrefurl=http://studiesgps.blogspot.com/2008_10_01_archive.html&usg=__0bDZXezJBAcmpH7c2JE