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).

1 - PPS - Sistema de Posicionamento Preciso

Utilizado por usuários autorizados com equipamentos de criptografia e receivers especialmente equipados para operar no 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.

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 Departamento de Defesa americano, pela disponibilidade do uso seletivo. Oferece uma precisão de : - 100 metros horizontalmente, - 156 metros verticalmente e, - 340 nanosegundos de supervisão/atualização.

Com o fim da guerra fria, o sistema GPS está oferecendo uma precisão muito maior para o usuário civil, oferecendo a ele, a mesma precisão que só os militares tinham a algum tempo atrás. Assim, o GPS torna-se mais confiável, ganhando novo impulso no uso da aviação civil (e em outras áreas). Hoje em dia uma aeronave é capaz de percorrer distancias transatlânticas, com o auxílio do piloto automático e do GPS, pousando sem a interferência do piloto, com erro de alguns centímetros com o eixo da pista.

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.

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 (pouco a pouco, está sendo liberado). Em cada modo, os sinais são transmitidos aleatoriamente no espaço. O padrão do sinal 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".

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.

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 configuração). 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 ou "Hora Zulu"),
- 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.

CALCULANDO O ESPAÇO
GEOMETRIA ORBITAL

Segundo as leis de Kepler, não considerando perturbações, as trajetórias dos satélites artificiais são órbitas elípticas, obedecem à lei das áreas e à lei harmônica.
Seis parâmetros, sendo cinco geométricos e um cinemático, chamados parâmetros ou elementos orbitais, caracterizam uma órbita elíptica: (longitude do nodo ascendente), I (inclinação), (argumento do perigeu), (semi-eixo maior), e (excentricidade) e ( época ou tempo do perigeu).
Para definir estes elementos, consideremos um sistema de referência OXYZ, tri-ortogonal, com origem no centro da Terra, cujo plano fundamental é o Equador Terrestre, e com o eixo Z coincidindo com o eixo de rotação da Terra. O eixo X aponta para o ponto ou ponto vernal. Os dois primeiros elementos mencionados definem o plano orbital:

.... ângulo entre o eixo X e o nodo ascendente (ponto em que o satélite cruza o plano equatorial dirigindo-se do hemisfério sul para o norte);
I.........ângulo entre o plano do equador e o plano da órbita do satélite.

O terceiro elemento fixa a posição da elipse no plano orbital:

....... ângulo entre o nodo ascendente e o perigeu (ponto da elipse mais próximo do foco O).

Os elementos e e fixam o tamanho e o achatamento da elipse. O tempo do perigeu é o instante em que o satélite passa pelo perigeu.

Parâmetros Orbitais

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 aproximadamente 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.

O PRINCÍPIO BÁSICO

O funcionamento do sistema GPS se baseia no princípio da triangularização, segundo o qual o observador conhece a posição de um conjunto de satélites em relação a um referencial inercial e a sua posição em relação a este conjunto, e obtém sua própria posição no sistema de referência. O sistema de referência utizado pelo sistema GPS é o WGS ( WGS-72 até 1986 e WGS-84 a partir de 1987).

O GPS é dividido em três segmentos principais:

a) segmento espacial, constituido pelos satélites;
b) segmento de controle, constituido pelas estações terrestres que controlam o desempenho e o funcionamento do sistema;
c) segmento usuário, constituido pelos usuários do sistema.

Definindo:
= posição do usuário;
= posição do i-ésimo satélite;
= posição do usuário em relação ao i-ésimo satélite.

Assim, admitindo = ( Xu , Yu , Zu ) , temos a relação :

( Xu - Xi )^2 + ( Yu - Yi )^2 + ( Zu - Zi )^2 =^2 Cada satélite i transmite sua posição ( Xi , Yi , Zi ) e o instante de transmissão To.

 

O Princípio Básico do GPS
O usuário possui um receptor que mede os intervalos de tempo de propagação decorridos a partir da transmissão do sinal pelo i-ésimo satélite:

Considerando uma perfeita sincronização dos relógios e desprezando os efeitos de distorção da ionosfera, efeitos relativísticos e outros, temos:
, onde c é a velocidade da luz.
Se há desvios de sincronização dos relógios, teremos :
, onde: pi é a pseudodistância do usuário ao i-ésimo satélite; e bu é o erro correspondente ao desvio dos relógios.

Assim, necessitamos dos dados de quatro satélites observados simultaneamente, para obter um sistema de quatro equações, e determinar Xu , Yu , Zu , bu.
É importante ressaltar que, dependendo da geometria relativa dos satélites, o sistema de equações pode não ter solução. Além disso, se mais de quatro satélites são observados simultaneamente, existe um conjunto de quatro que fornece a solução com menor erro.
De modo a se ter um mínimo de quatro satélites visíveis simultaneamente 24 horas por dia, em posição conveniente, foi concebida inicialmente uma constelação de 27 satélites, sendo três reservas (figura 3). Esses satélites estariam divididos em 3 órbitas quase circulares, com período de 11h 58min (metade do período de rotação da Terra, com semi-eixo maior de aproximadamente 26500 km), inclinadas de 63° e espaçadas de 120°. Dez satélites foram lançados com essas características. Devido a aspectos econômicos, o sistema foi inicialmente alterado para 18 satélites (e mais três reservas), arranjados em seis planos orbitais inclinados de 55° com argumentos do perigeu de 0° , 120° e 240° e longitudes do nodo ascendente de 0° , 60°, 120°, 180° , 240° e 300°. Atualmente os 27 satélites estão operacionais.

A mensagem transmitida por cada satélite ao usuário contém:

a) parâmetros para correção do relógio do satélite
b) efemérides do satélite
c) almanaque e "saúde" de todos os satélites
d) dados para correção da propagação ionosférica
e) parâmetros para correções orbitais
f) código de identificação

As freqüências de transmissão utilizadas pelos satëlites são as seguintes:

1) Comunicação com os usuário - Link de Transmissão::
A - LINK1 (L1) - portadora de 1575,42 MHz, níveis de -160 a -163 dBW e modulação em fase;
B - LINK2 (L2) - portadora de 1227,60 MHz, níveis de -166 dBW e modulação em fase.

2) comunicação com as estações de controle - Link de Recepção: BANDA-S = 2227,50MHz.

3) comunicação com as estações de controle - Link de Recepção: BANDA-S= 1783,74MHz.

Os códigos de identificação utilizados são os seguintes:

a) Código P (Precision), para uso militar;
b) Código C/A ( Course/Acquisition), para uso civil.

Esses códigos são do tipo ruído pseudoaleatório e permitem que a mensagem de posição do satélite transmitida para o usuário seja, eventualmente, acrescida de ruído, não necessariamente Gaussiano, que deteriora a precisão com que o usuário irá determinar a sua posição.

 

RASTREAMENTO DOS SATÉLITES

Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal. Sinais de apenas quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa tridimensional, mas é desejável um receptor que rastreie mais de quatro satélites simultaneamente. Com o usuário se desloca, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado repentinamente por algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo. A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo. Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para verificar se o cálculo está correto.

 

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.

 

CANAIS

Os receptores não funcionam acima de determinada velocidade de deslocamento. O número de canais determina qual a velocidade máxima de uso. Mais canais não significa necessariamente maior velocidade. O número de canais não é fator importante na escolha do receptor, e sim, sua velocidade de operação. Depois que os sinais são captados pela antena, são direcionados para um circuito eletrônico chamado canal, que reconhece os sinais de diferentes satélites. Um receptor com um canal lê o sinal de cada satélite sucessivamente, até receber os sinais de todos os satélites rastreados. A técnica é chamada "time multiplexing". Leva menos de um segundo para processar os dados e calcular a posição. Um receptor com mais de um canal é mais rápido, pois os dados são processados simultaneamente.

 

ANTENAS

A antena recebe os sinais dos satélites. Como os sinais são de baixa intensidade, as dimensões da antena podem ser muito reduzidas. Receptores portáteis utilizam um dos dois tipos: - Quadrifilar helix - formato retangular; localização externa; giratória; detecta melhor satélites localizados mais baixos no horizonte. - Patch (microstrip) - Menor que a helix; localização interna; pode detectar satélites na vertical e 10* acima do horizonte. ANTENAS EXTERNAS Podem ser conectadas através de uma extensão à maioria dos receptores. Alguns receptores possuem antena destacável, permitindo melhor uso a bordo de veículos. Se você for comprar uma antena externa, escolha uma 'ativa' que amplifica os sinais antes de enviá-los para o receptor. Ao construir uma extensão, opte por encurtar o cabo o máximo possível para diminuir a perda do sinal.

 

DISCREPÂNCIAS SUJEITAS NO GPS
FATORES QUE AFETAM A PRECISÃO DO SISTEMA

A primeira e maior fonte de erro é a Disponibilidade Seletiva (Selective Availability - S.A.). É uma degradação intencional imposta pelo Departamento de Defesa dos EUA. O erro máximo imposto é de 100 m, mas em geral introduz-se um erro de 30 m. O Sistema foi originalmente projetado para uso militar, mas em l980, por decisão do então presidente Ronald Reagan, liberou-se o Sistema para o uso geral, reservando aos militares a melhor precisão. Desde então, satélites sujeitos à degradação SA têm sido regularmente lançados. Hoje, todos os satélites permitem degradação AS. A razão principal é evitar que organizações terroristas ou forças inimigas se utilizem da precisão do sistema. Outro fator que afeta a precisão é a 'Geometria dos Satélites'- localização dos satélites em relação uns aos outros sob a perspectiva do receptor GPS. Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. Na verdade, o receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provém da mesma direção geral. Isto significa que a triangulação é pobre e a área comum da interseção das medidas é muito grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande espaço). Dessa forma, mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa. Com os mesmos 4 satélites, se espalhados em todas as direções, a precisão melhora drasticamente. Suponhamos os 4 satélites separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste. A geometria é ótima, pois as medidas provém de várias direções. A área comum de interseção é muito menor e a precisão muito maior. A geometria dos satélites torna-se importante quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios ou em áreas montanhosas ou vales. Quando os sinais de algum satélite é bloqueado, a posição relativa dos demais determinará a precisão, ou mesmo se a posição pode ser obtida. Um receptor de qualidade indica não apenas os satélites disponíveis, mas também onde estão no céu (azimute e elevação), permitindo ao operador saber se o sinal de um determinado satélite está sendo obstruído. Outra fonte de erro é a interferência resultante da reflexão do sinal em algum objeto, a mesma que causa a imagem 'fantasma' na televisão. Como o sinal leva mais tempo para alcançar o receptor, este 'entende' que o satélite está mais longe que na realidade. O erro causado é de aproximadamente 2 m. Outras fontes de erro: atraso na propagação dos sinais devido aos efeitos atmosféricos e alterações do relógio interno. Em ambos os casos, o receptor GPS é projetado para compensar os efeitos.

 

PRINCIPAIS FONTES DE ERRO

As principais fontes de erro do GPS são as seguintes:

a) Erro devido à geometria dos satélites com relação ao observador;
b) Desvios dos relógios dos satélites;
c) Atraso de propagação e processamento dos sinais pelos circuitos dos satélites;
d) Erros devido a trajetórias múltiplas dos sinais;
e) Efeitos da atmosfera sobre a velocidade e a trajetória de propagação dos sinais transmitidos;
f) Erros devidos à resolução e ruído do receptor do usuário;
e) Erro na determinação da posição dos satélites (erro de efeméride).

Comentando sobre alguns erros na determinação das efemérides, mencionamos que, devido às características de suas órbitas, os satélites do GPS estão submetidos às seguintes perturbações: potencial terrestre, atração lunissolar e pressão de radiação solar (incluindo os efeitos da sombra da Terra). Devido à comensurabilidade do período do satélite com o período de rotação da Terra, uma perturbação adicional (ressonância) aparece.
Para se conseguir a precisão necessária para algumas aplicações específicas, todas essas perturbações devem ser consideradas simultaneamente.

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.

 

LIMITAÇÕES

O receptor não é um altímetro confiável, pois o erro de 15 a 100 metros introduzido propositadamente se aplica também à altitude. Os sinais dos satélites não penetram em vegetação densa, vales estreitos, cavernas ou na água. Montanhas altas ou edifícios próximos também afetam sua precisão. Para o uso automotivo, deve-se providenciar uma extensão para fixar a antena externamente ou posicioná-lo junto ao pára-brisas. Os conectores são do tipo LM-1 e LF-1, usados por rádio-amadores. É importante que o receptor utilize pilhas comercializadas no nosso mercado e que tenha como acessório um adaptador para ligá-lo no acendedor de cigarros do veículo. Para o uso em ambiente marinho, é fundamental que o receptor seja a prova d'água para evitar corrosão em seus componentes.

 

DGPS - PRINCIPIOS 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.

 

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.

 

COORDENADAS UTM

Universal Transversa de Mercator A genialidade da grade UTM está na facilidade e precisão que ela permite na leitura de mapas muito detalhados. Gerardus Mercator, cartógrafo belga do século XVI, não imaginava o alcance da projeção elaborada por ele. A grade UTM divide o mundo em 60 zonas de 6º de largura. A zona número 1 começa na longitude oeste 180º (W 180º=E180º). Continuam em intervalos de 6º até a zona de número 60. Cada zona é projetada num plano e perde sua característica esférica. Assim suas coordenadas são chamadas "falsas". A distorção produzida pela projeção limita o mapa à área compreendida entre as latitudes N 84º e S 80º. A grade UTM não inclui necessariamente letras na sua designação. A letra 'U', usada como referência pelo Sistema Militar Americano (U. S. Military Grid System), designa a região compreendida entre as latitudes N 48º e N 56º. Letras em ordem alfabética - de sul para norte - são usadas para designar seções de 8º, de forma a coincidir a seção 'U 'entre as referidas latitudes. Alguns receptores usam essa notação, outros apenas indicam se as coordenadas estão acima ou abaixo do Equador. Cada zona tem sua referência vertical e horizontal. A linha de longitude que divide uma zona de 6º em duas metades é chamada de 'zona meridiana'. Por exemplo, a zona 1 é limitada pelas linhas de longitude W 180º e W 174º, então sua zona meridiana é a linha de longitude W 177º. A zona meridiana é sempre definida como 500.000 m. As coordenadas horizontais maiores ou menores que 500.000 m se localizam a leste ou oeste da zona meridiana, respectivamente. O valor de uma coordenada horizontal avalia sua distância - em metros - da zona meridiana. A coordenada 501.560 está a 1.560 m a leste da zona meridiana; a 485.500 está a (500.000 - 485.500) = 14.500 m a oeste da zona meridiana. As coordenadas horizontais crescem para leste e decrescem para oeste. As coordenadas verticais são medidas em relação ao Equador, que é cotado como a coordenada 0.000.000 m de referência para o Hemisfério Norte ou como a coordenada 10.000.000 m de referência para o Hemisfério Sul. A coordenada vertical de uma localidade acima da Linha do Equador é sua distância - em metros - ao Equador. A coordenada vertical 5.897.000 significa que o ponto está a 5.897,0 m acima do Equador. Se o ponto estiver abaixo do Equador, a distância é calculada subtraindo-se o valor da coordenada do valor de referência para o Hemisfério Sul (10.000.000 - 5.897.000 = 4.103,0 m). Como a mesma coordenada vertical pode ser associada a duas localidades distintas, uma acima e outra abaixo do Equador, é necessário indicar em qual hemisfério se localiza para identificá-la.

 

DATUM DO MAPA

Os mapas são confeccionados de forma que todos os pontos estão a determinada distância de um ponto de referência padrão chamado DATUM. Antigamente cada país escolhia independentemente seu próprio DATUM. Resulta que as mesmas localidades tinham diferentes coordenadas em mapas de diferentes países.

O GPS tem seu próprio DATUM chamado WGS 84 - World Geodetic System 1984. Todos os receptores podem usá-lo como referência, mas se o mapa na mão do usuário não foi confeccionado com essa referência, as Minas Gerais, o DATUM utilizado é CÓRREGO ALEGRE e existe esta opção na memória do receptor.

 

GRADE MAIDENHEAD e GRADE TRIMBLE

A grade MAIDENHEAD é usada por operadores de rádio amador. Divide o mundo em grades de 20º de longitude por 10º de latitude, que são identificadas por duas letras, AA - RR. As grades são subdivididas em áreas de 2º x 1º e rotuladas com 2 números, 00 - 99. As áreas são novamente subdivididas em subáreas de 5' de longitude por 2,5' de latitude e rotuladas com letras, AA - XX. Uma coordenada Maidenhead é coisa do tipo EM 18 BX.. A grade TRIMBLE é uma extensão da grade Maidenhead, que torna-a mais acurada e utilizável em receptores GPS. Uma sub-área Maidenhead pode cobrir uma área de até 8,9 km x 4,8 km. Um receptor pode reconhecer áreas muito menores que esta, então a grade TRIMBLE subdividiu a sub-área ainda mais, adicionando um par de números (00 - 99) e letras (AA - YY) ao formato Maidenhead. A coordenada fica então AQ 57 DK 23 SU , por exemplo. Receptores TRIMBLE são úteis para quem precisa de coordenadas Maidenhead, pois podem converter qualquer grade em Maidenhead.

 

ESCALA DE UM MAPA

É a relação entre a medida feita no mapa e seu valor real. A escala 1:1.000.000 significa que 1 centímetro lido no mapa eqüivale a 1.000.000 de centímetros (10 km) na realidade. O uso associado de um bom mapa e um receptor GPS é uma poderosa ferramenta de orientação e navegação.

 

OUTROS TIPOS DE SISTEMAS DE RÁDIO NAVEGAÇÃO
SISTEMAS DE RÁDIO NAVEGAÇÃO BASEADOS EM TERRA

- 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.
- GEE

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

- 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.).

- 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.

- 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.

SISTEMAS DE NAVEGAÇÃO BASEADOS POR SATÉLITE

- 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 ...

- 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.

- 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.

- 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.

- TSIKADA

Sistema de navegação Russo para uso civil - 4 satélites.

- 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.

 

 

 

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