GNSS – Perguntas Frequentes – GPS
- O que é o GPS?
- Como é utilizado o GPS?
- Quem usa GPS?
- Qual é o estado do GPS?
- Quais são os níveis de serviço fornecidos pelo GPS?
- O que é a Disponibilidade Selectiva (SA)?
- Porquê era necessário SA?
- Qual é o estado da Disponibilidade Selectiva (SA)?
- Como podem os utilizadores civis depender de um sistema controlado pelo exército dos EUA?
- Quantos satélites GPS existem num dado momento na constelação GPS?
- Em que tipo de órbitas estão os satélites GPS?
- Como é que a precisão e integridade do GPS se compara com a dos sistemas de navegação terrestres existentes, tais como VOR/DME?
- Existem planos para aumentar as capacidades do GPS?
- Quão vulneráveis são os satélites GPS ao empastelamento e interferência?
- Que preocupações existem relativamente à Interferência de Radiofrequência (RFI)?
- É o sinal GPS básico suficiente para satisfazer todas as necessidades da aviação civil?
- Que melhorias ao serviço GPS básico está a FAA a trabalhar e porquê?
- O que é o DGPS (Differential GPS)?
>li>A vontade de SA voltar a ser ligada?
Q. O que é o GPS?
Constelação de Satélites GPS:
A constelação de satélites de base consiste em 24 satélites posicionados em seis planos orbitais centrados na Terra com quatro satélites de operação e um slot de satélite de reserva em cada plano orbital. O período orbital de um satélite GPS é metade de um dia sideral ou 11 horas 58 minutos. As órbitas são quase circulares e igualmente espaçadas em torno do equador a uma separação de 60 graus com uma inclinação de 55 graus em relação ao equador. O raio orbital (isto é, distância do centro de massa da Terra ao satélite) é de aproximadamente 26.600 km.
Com a constelação de base do satélite, os utilizadores com uma visão clara do céu têm um mínimo de quatro satélites em vista. É mais provável que um utilizador veja seis a oito satélites. Os satélites emitem sinais de alcance e dados de navegação que permitem aos utilizadores medir os seus pseudorâmicos a fim de estimar a sua posição, velocidade e tempo, num modo passivo, só de escuta.
Rede de Controlo Terrestre:
No coração da Rede de Controlo Terrestre está a Estação de Controlo Principal (MCS) localizada na Base da Força Aérea de Schriever (anteriormente denominada Falcon) perto de Colorado Springs , Colorado. O MCS opera o sistema e fornece funções de comando e controlo para a constelação de satélites.
Os satélites em órbita são continuamente rastreados a partir de seis estações de monitorização da USAF espalhadas por todo o globo em longitude: Ascension Island , Diego Garcia, Kwajalein , Hawaii , Cape Canaveral e Colorado Springs . As estações de monitorização formam a componente de recolha de dados da rede de controlo. Uma estação de monitorização faz continuamente medições em pseudorange a cada satélite em vista. Há dois relógios de césio referenciados ao tempo do sistema GPS em cada estação de monitorização. As medições pseudorange feitas a cada satélite em vista pelo receptor da estação monitor são utilizadas para actualizar a estimativa precisa da estação de controlo mestre da posição de cada satélite em órbita.
Equipamento do utilizador:
O equipamento do utilizador, frequentemente referido como “receptores GPS”, capta e processa os sinais da banda L dos satélites em vista para o cálculo da posição, velocidade e tempo do utilizador. 
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Q. Como é utilizado o GPS?
O conceito de operação do GPS baseia-se no alcance do satélite. Os utilizadores determinam a sua posição medindo a sua distância do grupo de satélites no espaço. Os satélites actuam como pontos de referência precisos.
Cada satélite GPS transmite um sinal preciso de posição e tempo. O receptor do utilizador mede o atraso de tempo para o sinal chegar ao receptor, que é a medida directa do alcance aparente (chamado “pseudorange”) para o satélite. As medições recolhidas simultaneamente de quatro satélites são processadas para resolver para as três dimensões de posição (latitude, longitude, e altitude) e tempo. As medições de posição estão no sistema de referência geodésico mundial WGS-84, e o tempo está em relação a uma referência mundial comum do U.S. Naval Observatory Time (USNO). br>
Q. Quem usa GPS?
A. O GPS é utilizado para apoiar a navegação terrestre, marítima e aérea, topografia, exploração geofísica, cartografia e geodesia, sistemas de localização de veículos, agricultura, sistemas de transporte, e uma grande variedade de outras aplicações adicionais. As aplicações de infra-estruturas de telecomunicações incluem a temporização da rede e o 911 melhorado para utilizadores de telemóveis. A entrega global de tempo preciso e comum a utilizadores fixos e móveis é uma das funções mais importantes, mas menos apreciadas, do GPS. br>
P. Qual é o estado do GPS?
A. O Sistema de Posicionamento Global atingiu a Capacidade Operacional Total (FOC) a 17 de Julho de 1995. Por política e lei dos EUA, o Serviço de Posicionamento Padrão GPS está disponível para utilizadores civis em todo o mundo para o seu transporte pacífico, científico, e outros usos, livre de encargos directos para o utilizador. br>
P. Quais são os níveis de serviço fornecidos pelo GPS?
A. O GPS fornece dois níveis de serviço:
- a Standard Positioning Service (SPS) para uso civil geral; e
- um Serviço de Posicionamento Preciso (PPS) destinado principalmente para uso pelo Departamento de Defesa e aliados dos EUA.
Não há restrições ao uso de SPS e está disponível para utilizadores em todo o mundo. Com Selective Availability (SA) , o SPS fornece precisões previsíveis de 100m (2drms, 95%) no plano horizontal e 156m (95%) no plano vertical. A precisão de divulgação do tempo UTC (USNO) é de 340 nanossegundos (95%) referenciada ao tempo mantido no Observatório Naval dos Estados Unidos. Estas precisões reflectem a especificação do último sinal no Plano Federal de Navegação por Rádio que está em processo de revisão para reflectir a precisão obtida na sequência da desactivação da Disponibilidade Selectiva. Sem SA, a precisão SPS seria da ordem dos 25m (2 drms, 95%) no plano horizontal e 43m (95%) no plano vertical.
PPS proporciona uma precisão previsível de pelo menos 22m (2drms, 95%) no plano horizontal e 27,7m (95%) no plano vertical. PPS fornece uma precisão de transferência de tempo UTC (USNO) dentro de 200 nanossegundos (95%) referenciados ao tempo mantido no Observatório Naval dos EUA.
PPS destina-se principalmente a utilizadores militares e de agências governamentais seleccionadas. O uso civil é permitido mas apenas mediante aprovação especial do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. br> P. O que é a Disponibilidade Selectiva (SA)?
A. SA foi uma técnica implementada pelo DOD para degradar intencionalmente a solução de navegação de um utilizador. A maior fonte de erro para os utilizadores de SPS foi SA. O resultado líquido de SA foi cerca de cinco vezes maior em erro de posicionamento. O DOD conseguiu a degradação do sinal ao alterar (também conhecido como dithering) o relógio do satélite. Outro meio concebido pelo DOD para degradar o desempenho do GPS foi a transmissão de parâmetros efeméris menos precisos.
Os utilizadores autorizados pelo DOD conseguiram desfazer o SA. Contudo, devido ao facto de o SA estar espacialmente correlacionado, os utilizadores civis conseguiram eliminar o SA através da implementação do Differential GPS (DGPS), embora uma despesa adicional por parte dos utilizadores. br>
P. Porque é que a SA era necessária?
A. SA foi utilizada para proteger os interesses de segurança dos EUA e dos seus aliados, negando globalmente a total precisão do sistema civil a potenciais adversários.
P. Qual é o estatuto da Disponibilidade Selectiva (SA)?
A. Por ordem do Presidente dos Estados Unidos da América, a utilização da Disponibilidade Selectiva foi interrompida a 1 de Maio de 2000.
P. Será que a SA voltará alguma vez a ser ligada?
A. Não é intenção dos E.U.A. voltar a usar SA. Para assegurar que os potenciais adversários não utilizem o GPS, os militares dedicam-se ao desenvolvimento e implementação de capacidades regionais de negação em vez da degradação global através do SA.
P. Como podem os utilizadores civis depender de um sistema controlado pelos militares dos EUA?
DOD é obrigado por lei a “manter um Serviço de Posicionamento Padrão (SPS) (conforme definido no Plano Federal de Radionavegação e na Especificação do Sinal do Serviço de Posicionamento Padrão) que estará disponível numa base contínua e mundial,” e, “desenvolver medidas para prevenir o uso hostil do GPS e seus aumentos sem perturbar ou degradar indevidamente os usos civis”. Estes requisitos estritos e os actuais sistemas de aumento devem efectivamente tornar a utilização do sistema DOD transparente para o utilizador civil. (Nota: Haverá, necessariamente, testes localizados do sistema por equipas militares e de desenvolvimento, mas os testes serão submetidos a directrizes rigorosas de notificação dos utilizadores de segurança da vida útil, tais como a Guarda Costeira e a FAA).
U.S. transporte, segurança pública, económica, científica, calendarização, e outros utilizadores confiam extensivamente no GPS. No transporte aéreo e marítimo, o GPS é utilizado para a navegação de “segurança da vida humana” e é um sistema crítico para estas aplicações. O DOD é o administrador do sistema, responsável por manter a especificação do sinal; o PNT fornece supervisão de gestão para assegurar que as necessidades civis e militares são devidamente equilibradas.
P. Quantos satélites GPS existem num dado momento na constelação GPS?
A. O número exacto de satélites que operam num determinado momento varia dependendo do número de paragens de satélites e de peças sobressalentes operacionais em órbita. Para o estado actual da constelação GPS, por favor visite http://tycho.usno.navy.mil/gpscurr.htmlbr>
P. Em que tipo de órbitas se encontram os satélites GPS?
br> P. Como se compara a precisão e integridade do GPS com a dos sistemas de navegação terrestres existentes, tais como VOR/DME?
A. O sinal GPS básico é preciso, na pior das hipóteses, até aproximadamente 100 metros lateral e 140 metros vertical em todo o lado na terra. O GPS, tal como é fornecido aos utilizadores civis, parece ser tão preciso como o serviço mais preciso fornecido pelo VOR/DME, ou seja, abordagens de não-precisão. É de notar que a precisão dos VOR degrada-se à medida que se afasta da ajuda à navegação. A precisão do GPS é baseada no espaço, e por isso não é limitada pelo equipamento de terra. O sinal GPS básico não é tão preciso como os ILS existentes; contudo, aumentado pelo WAAS e GBAS, o GPS será capaz de fornecer uma capacidade de aproximação de precisão (CAT-I com WAAS e progredindo para CAT-II/III com GBAS). br>
Q. Existem planos para aumentar as capacidades do GPS?
A. Sim, um dos principais componentes da modernização do GPS é a adição de dois novos sinais de navegação para uso civil. Estes sinais serão adicionados ao serviço civil existente transmitido a 1575,42 MHz (L1). O primeiro destes novos sinais será um novo código civil, chamado L2C, que será acrescentado à portadora L2 existente, localizada a 1227,60 MHz. Estará disponível para uso geral em aplicações não críticas para a segurança. O satélite Block IIR-M, o primeiro a acrescentar a sua capacidade, foi lançado a 25 de Setembro de 2005. Um terceiro sinal civil, localizado em 1176,45 MHz (L5), será fornecido inicialmente nos satélites do Bloco IIF do GPS a partir de 2007, e continuando com os satélites do Bloco III programados para lançamento a partir de 2012. Este novo sinal L5 está protegido em todo o mundo para utilização na radionavegação aeronáutica, e irá apoiar aplicações de segurança da aviação. A adição do L5 fará do GPS um serviço de radionavegação mais robusto para muitas aplicações aeronáuticas, bem como para todos os utilizadores terrestres (marítimos, ferroviários, de superfície, marítimos, agrícolas, recreativos, etc.)
Na actual taxa de reposição do satélite GPS, os três sinais civis (L1-C/A, L2C, e L5) estarão disponíveis para a capacidade operacional inicial até 2012, e para a capacidade operacional total até aproximadamente 2015. Para mais informações sobre as actividades de modernização do GPS, visite a nossa página de modernização do GPS e http://pnt.govbr>>/p>
Q. Quão vulneráveis são os satélites GPS ao encravamento e interferência?
A. Os sinais de satélite GPS, como quaisquer outros sinais de navegação, estão sujeitos a alguma forma de interferência. A FAA está a trabalhar activamente com o Departamento de Defesa dos EUA e outras agências governamentais dos EUA para detectar e mitigar estes efeitos e certificar-se de que o GPS e quaisquer sistemas de reforço relacionados estão disponíveis para operações de aviação seguras. Como com todas as ajudas à navegação, a interferência, seja intencional ou não, é sempre uma preocupação. Foram identificados e testados vários métodos para minimizar a interferência e outros estão a ser investigados. A FAA está também a trabalhar para garantir que os sistemas de aumento detectam e mitigam estes efeitos. br>
Q. Que preocupações existem relativamente à Interferência de Radiofrequência (RFI)?
A. Como com todas as ajudas à navegação, a Interferência de Radiofrequência (RFI), não intencional ou intencional, é sempre uma preocupação. A FAA está a avaliar vários sistemas de detecção de interferência GPS, que irão determinar a direcção e a fonte da interferência GPS. A FAA está também a trabalhar com o DOD e outras agências para garantir que os sistemas de aumento de interferência GPS detectem e atenuem os efeitos da interferência. br>
P. O sinal GPS básico é suficiente para satisfazer todas as necessidades da aviação civil?
A. Esta não é uma resposta simples de sim/não. A resposta é que depende das necessidades de serviço de cada utilizador ou autoridade aeronáutica. Para muitos países, o GPS fornece uma capacidade melhor do que os sistemas terrestres existentes ou a falta deles. No entanto, para outros países com grandes infra-estruturas, o sinal GPS não satisfaz os requisitos de precisão, integridade, disponibilidade e continuidade críticos para a segurança do voo. Melhorias no Sistema de Posicionamento Global (GPS), tais como o Sistema de Aumento de Área Ampla (WAAS) e o Sistema de Aumento Baseado no Solo (GBAS) fornecem as correcções necessárias para satisfazer os requisitos de segurança de voo. br>>/p>
P. Que melhoramentos ao serviço GPS básico está a FAA a trabalhar e porquê?
Integridade é a capacidade de alertar os utilizadores, dentro de um número prescrito de segundos (dependendo do tipo de operação de voo), quando o GPS não deve ser utilizado para navegação. A disponibilidade é necessária para assegurar aos utilizadores que o serviço civil básico GPS é acessível quase 100% do tempo. São necessários melhoramentos de precisão para conduzir operações de aproximação de precisão e navegação terminal.
A WAAS cobrirá os EUA Continentais e fornecerá um sinal de navegação capaz de suportar a navegação a partir da rota através da aproximação de precisão de Categoria I. O GBAS cobrirá aproximadamente um raio de 30 milhas e fornecerá até uma aproximação de precisão de Categoria III. O WAAS e o GBAS trabalharão em conjunto para fornecer aos utilizadores uma capacidade de navegação para todas as fases do voo. br>
P. O que é o GPS Diferencial (DGPS)?
Na forma básica do DGPS, a posição de um receptor de referência numa estação de monitorização ou de referência é levantada, ou seja, a sua posição é conhecida com precisão. O receptor do utilizador não deve estar a mais de cerca de 300 milhas de distância do receptor de referência, o que faz medições pseudorangeadas, tal como qualquer receptor do utilizador faria. Contudo, como o receptor de referência conhece a sua posição com precisão, pode determinar “enviesamentos” nas suas medidas de pseudorange. Para cada satélite em vista do receptor de referência, estes enviesamentos são calculados através da diferença entre a medição do pseudorange e o alcance geométrico do receptor satélite-para-referência. Estes enviesamentos incorridos no processo de medição do pseudorange incluem erros decorrentes do atraso ionosférico, atraso troposférico, e desvio do relógio do satélite em relação à hora do GPS. Para aplicações em tempo real, a estação de referência transmite estes enviesamentos, chamados correcções diferenciais, a todos os utilizadores na área de cobertura da estação de referência. Os utilizadores incorporam estas correcções para melhorar a precisão da sua solução de posição.
Para a área local básica DGPS (LADGPS) as soluções de posição dos utilizadores mais afastados da estação de referência são menos precisas do que as mais próximas da estação de monitorização porque os erros de medição com pseudorange tendem a ser espacialmente correlacionados. Esta perda de precisão devido à decorrelação espacial pode ser melhorada com técnicas mais sofisticadas que se enquadram no título de DGPS de área ampla (WADGPS), como o WAAS. br>