TCC FORMATADO estudo GPS

TCC FORMATADO estudo GPS

(Parte 1 de 4)

FACULDADE DE

Tecnologia em

ESTUDO SOBRE O SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS)

Alunos:

São José dos Campos, novembro de 2010.

ESTUDO SOBRE O SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS)

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia para obtenção do título de

Prof. Orientador: Msc. Engº

São José dos Campos, novembro de 2010.

AGRADECIMENTOS

RESUMO

O presente trabalho tem o objetivo de apresentar uma tecnologia muito utilizada hoje em dia chamada de Global Positioning System (GPS), ou simplesmente Sistema de Posicionamento Global, que se enquadra na tipologia de navegação. Pretendemos explicar alguns tópicos que consideramos importantes, tais como a necessidade do homem se localizar e a evolução dos sistemas globais de navegação por satélite (GNSS), satélites artificiais, um histórico do GPS, seus tipos, marcas, modelos e classificação entre outras especificações, assim como suas aplicações práticas.

ABSTRACT

The present work has the objective to present a technology very used nowadays called Global Positioning System (GPS), or simply Global positioning system, that if fits in the typology of navigation. We intend to explain some topics that we consider important, such as the necessity of the man if to locate and the evolution of the Global Navigation System by Satellites (GNSS), artificial satellites, a description of GPS, its types, marks, models and classification among others specifications, as well as its practical applications.

ÍNDICE

  1. 1. INTRODUÇÃO 1

  2. 1.1. Conceito 1

  3. 1.2. Caracterização 2

  4. 1.3. Metodologia 2

  5. 2. A EVOLUÇÃO DAS REFERÊNCIAS DE POSIÇÃO 4

  6. 2.1. As observações do céu e a civilização 6

  7. 2.2. Breve história do descobrimento do novo continente (América) 7

  8. 2.3. Latitude e Longitude (conceito básico – referência geográfica) 7

  9. 2.4. Rádio navegação e o RADAR 7

  10. 2.5. Similaridades com o Sistema de Satélites 8

  11. 2.6. Sistemas de Satélites 9

  12. 2.7. Princípios do Sistema de Satélites GPS 9

  13. 3. O SEGMENTO ESPACIAL 11

  14. 3.1. A constelação de satélites 11

  15. 3.2. Transmissões do satélite 12

  16. 3.3. WGS84 (World Geodetic System 1984) 12

  17. 3.4. Velocidade e precisão dos Sinais GPS 13

  18. 3.5. Segmento Controle 13

  19. 4. SEGMENTO USUÁRIO 15

  20. 4.1. O Cálculo da Posição 17

  21. 4.2. Problemas em relação aos sinais GPS 18

  22. 4.3. Sistemas de Aumentação 19

  23. 4.4. Vantagens e desvantagens 20

  24. 5. APLICAÇÕES 22

  25. 5.1. Receptores absolutos 22

  26. 5.2. Receptores diferenciais 22

  27. 5.3. Receptores relativos 22

  28. 5.4. Aplicações marítimas 23

  29. 5.5. Aplicações Geodésicas 23

  30. 5.6. Aplicações Terrestres 23

  31. 5.7. Espaciais 24

  32. 5.8. Aplicação industrial 24

  33. 6. SISTEMA DE POSICIONAMENTO 25

  34. 6.1. Técnicas de posicionamento do GPS: 25

  35. 6.2. Posicionamento por ponto 26

  36. 6.3. Posicionamento por ponto convencional 26

  37. 6.4. Posicionamento por ponto preciso 27

  38. 6.5. Posicionamento por ponto de alta precisão 27

  39. 6.6. Posicionamento relativo 27

  40. 6.7. Posicionamento relativo estático 28

  41. 6.8. Posicionamento relativo estático rápido 28

  42. 6.9. Posicionamento relativo semicinemático 29

  43. 6.10. Posicionamento relativo cinemático 29

  44. 6.11. Posicionamento relativo cinemático em tempo real (RTK - Real-Time Kinematic) 29

  45. 6.12. DGPS 30

  46. 7. CONCLUSÃO 31

  47. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 32

LISTA DE FIGURAS

  1. Figura 1 Receptor GPS USB. 1

  2. Figura 2 Bússola magnética. 5

  3. Figura 3 Astrolábio. 5

  4. Figura 4 Sextante 6

  5. Figura 5 Segmentos GPS 10

  6. Figura 6 Constelação GPS 11

  7. Figura 7 Satélite Artificial 12

  8. Figura 8 Estações de controle GPS 14

  9. Figura 9 Posição 2D no espaço 18

  10. Figura 10 Posição 3D 18

LISTA DE TABELA

  1. Tabela 1 Tipologia GPS 21

LISTA DE ABREVIATURAS

AS – Selective Availability

A-GPS – Assisted GPS

CA – Civiliam Access

DGPS – Differential GPS

DOD – Department of Defense

EGNOS – European Geostationary Navigation Overlay Service

FANS – Future Air Navigation Systems

GBAS – Ground-Based Augmentation System

GLONASS – Global Navigation Sputink System

GPS – Global Positioning System

GNSS – Global Navigation Satellite System

ICAO - Organização da Aviação civil internacional

NAVSTAR – Navigation Satellite with Time and Ranging

MCS - Master Control Station

NIMA - National Imagery and Mapping Agency

P – Códigos de Precisão (precise ou protected)

PRN – Pseudo-Random Code

RADAR – Radio Detection And Ranging

RTK – Real Time Kinematic

SBAS – Satellite-based Augmentation Systems

WASS - Wide Area Augmentation System

WGS84 – World Geodesic System of 1984

1.INTRODUÇÃO

O presente trabalho tem o objetivo de apresentar uma tecnologia muito utilizada hoje em dia chamada de Global Positioning System (GPS), ou simplesmente Sistema de Posicionamento Global, que se enquadra na tipologia de navegação.

Pretendemos explicar alguns tópicos que consideramos necessários, tais como o nascimento e a evolução dos sistemas globais de navegação por satélite (GNSS), satélites artificiais, um histórico do sistema GPS, seus tipos, marcas, modelos e classificação entre outras especificações, assim como suas aplicações práticas.

Figura 1 Receptor GPS USB.

1.1.Conceito

O GPS ou "Global Positioning System" é um sistema de cálculo de posicionamento a partir de sinais enviados por uma rede de satélites, mantida pelo DOD, o departamento de defesa dos EUA. GPS significa Global Positioning System ou Sistema de Posicionamento Global, mas, em bom português, o que é GPS? É uma tecnologia em que uma pessoa pode se localizar em qualquer parte da Terra.

1.2.Caracterização

Consiste no uso de satélites em órbita pelo planeta para refletir ondas emitidas por pequenos aparelhos, que podem estar na palma da sua mão ou no painel de carros, barcos e aeronaves. Um exemplo são veículos de algumas empresas que têm um adesivo com o aviso "Veículo monitorado via satélite".

Se, por acaso, este veículo for roubado, é possível saber qual a trajetória dele e, ao mesmo tempo, pegar o infrator. Os participantes de Rally também usam aparelhos GPS para sua localização e segurança. Além disso, é possível fazer o levantamento topográfico (configuração do relevo de um terreno com a posição de seus acidentes naturais ou artificiais) de um terreno.

1.3. Metodologia

Acerca da metodologia deste estudo, podemos dizer que está estruturado da maneira que se segue.

No capítulo 2, abordamos um pouco sobre a história e evolução do sistema de referência de posição, com o surgimento de instrumentos específicos e o avanço da tecnologia de navegação. Serão apenas apresentados alguns apontamentos sobre a evolução da tecnologia de navegação por satélite bem como a indicação de sua genealogia que remonta aos estudos científico-militares nos Estados Unidos.

No capítulo 3, apresentamos de forma resumida o uso que os GPS fazem de seus satélites, em suma, que a base de funcionamento dos GPS é o uso dos satélites artificiais. Os mesmos que se subjazem em outras tecnologias e cálculos que se aparentam fundamentais aos aparelhos referenciados.

No capítulo 4, mostramos uma tipologia dos vários GPS. Serão apresentadas algumas variantes de sua tecnologia assim como procuraremos abordar em que situação se encontra as suas possibilidades de diversidade.

No capítulo 5 mostraremos algumas de suas aplicações que se dividem em marítimas, terrestres e espaciais.

No capítulo 6 mostraremos as principais técnicas de Posicionamento.

Por conseguinte no capítulo 7, fizemos uma síntese do presente trabalho de conclusão de curso na forma de considerações finais.

2.A EVOLUÇÃO DAS REFERÊNCIAS DE POSIÇÃO

A humanidade sempre se preocupou em poder se deslocar e regressar ao ponto de partida com segurança. Esta preocupação vem desde o primórdio da humanidade e sempre vai ser uma necessidade, por questão de segurança e muitas vezes de poder. No início provavelmente, as pessoas marcavam seus rastros e usavam pontos significativos de referências de posição, montanhas, rochas, curvas de rio, etc. Até que surgiram os mapas que ilustravam os pontos geográficos e suas distâncias. A orientação era dada pelo alinhamento entre dois ou mais pontos de referência ou em relação ao Sol. Na Grécia antiga se desenvolveu o primeiro conceito do que hoje conhecemos como Norte ou Sul em relação à linha do Equador e Leste ou Oeste em relação ao Meridiano de Greewich.

Os faróis marítimos que serviam para alertar as embarcações de perigos e indicar o caminho seguro para o regresso aos portos, talvez tenham sido o primeiro sistema de referência artificial para a navegação. Usados até os dias atuais, alguns modernos possibilitam, pelo tempo da passagem do facho de luz principal, determinar a posição relativa da embarcação e até sua distância aproximada.

Os primeiros a se aventurarem na navegação marítima não perdiam de vista o continente, até que foi desenvolvida uma técnica de se orientar usando as estrelas como referência. Os antigos fenícios navegavam se orientando pela Estrela do Norte saindo do Egito até a ilha de Creta. Logo foi desenvolvido um aparelho para tal função o astrolábio, era usado para determinar a posição dos astros no céu, inicialmente era utilizado para medições em terra, mas logo surgiu uma versão para o uso náutico e foi por muito tempo utilizado como instrumento para navegação marítima com base na determinação da posição das estrelas no céu até ser simplificado e substituído pelo sextante.

Graças à invenção da bússola magnética e ao auxilio do instrumento do astrolábio, no início da era moderna, foi possível as Grandes Navegações e o total conhecimento das as terras do mundo.

Figura 2 Bússola magnética.

Figura 3 Astrolábio.

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