Global Navigation Satellite System: Passado, Presente e Futuro

ANDRÉ FILIPE QUENDERA MAURÍCIO GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM PASSADO PRESENTE E FUTURO Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Ciências Militares Navais na especialidade de Marinha Alfeite 2015 ANDRÉ FILIPE QUENDERA MAURÍCIO GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM PASSADO PRESENTE E FUTURO Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Ciências Militares Navais na especialidade de Marinha Orientação CMG João Paulo Ramalho Marreiros O Aluno Mestrando O Orientador André Filipe Quendera Maurício João Paulo Ramalho Marreiros Alfeite 2015 iii Epígrafe If you want to succeed you should strike out on new paths rather than travel the worn paths of accepted success John D Rockefeller iv v Dedicatória Dedico este trabalho à minha família e aos meus amigos por serem um modelo de coragem e pelo apoio incondicional e incentivo demonstrados sempre que foi necessário durante o meu percurso na Escola Naval vi vii Agradecimentos As minhas primeiras palavras de gratidão dirigemse ao meu orientador Comandante Ramalho Marreiros por todo o apoio prestado e demonstrado durante a realização da dissertação em resposta a qualquer solicitação da minha parte por toda a disponibilidade incentivo conhecimento e entusiasmo pela área em questão Ao comando oficiais e guarnição do NRP Bartolomeu Dias que durante o estágio de embarque sempre me apoiaram e mostraramse disponíveis para auxiliar mostrando me uma outra perspetiva sobre o tema desta dissertação voltado para o ambiente tático e militar naval Aos Aspirantes do meu curso VALM José Mendes Cabeçadas Júnior pela entreajuda cooperação dedicação e amizade presentes em todos os momentos durante a permanência na Escola Naval Contra Ventos e Tormentas Unidos Venceremos viii ix Resumo Com uma grande envolvente a nível mundial o rápido desenvolvimento e aumento da tecnologia na última década levou os sistemas de navegação por satélite a imporemse cada vez mais no mercado internacional mais propriamente para uso civil face às necessidades de posicionamento e referência de tempo nas mais diversas áreas de atividade Devido a isso os Estados detentores destes sistemas têmse empenhado em aumentar e fortalecer os seus serviços de forma a garantir um elevado grau de disponibilidade e rigor No âmbito militar é expectável que continue o ritmo de desenvolvimento que venham a colmatar exíguas falhas a fim de utilizálos ao máximo das suas capacidades operacionais nomeadamente em sistemas de armas guiados capacidades antijamming ou ainda na monitorização de panorama para fins estratégicos e táticos No sector marítimo é um instrumento útil e fundamental na maioria das novas aplicações criadas para a navegação e que permitem para além de acompanhar e identificar navios proporcionar ajuda aos centros de busca e salvamento no âmbito da Convenção SOLAS Safety Of Life At Sea A vulgaridade com que se utiliza atualmente e a rapidez com que se desenvolveu o GNSS Global Navigation Satellite System deixa passar despercebido o intenso trabalho de investigação que foi sendo realizado desde o último século Para conhecer o GNSS as suas capacidades e tendências de desenvolvimento futuro é necessário refletir sobre o passado e conhecer os detalhes dos sistemas que o compõem Esta dissertação assenta essencialmente numa parte descritiva de todos os sistemas até agora criados como são compostos e a forma como providenciam os serviços de posicionamento Para além da componente descritiva este trabalho também contém uma componente de programação e análise de dados através da criação de um programa para o processamento de dados GNSS em modo cinemático com aplicação a trabalhos em curso no âmbito de projetos de investigação da Escola Naval Palavraschave GNSS GPS Toolkit Navegação Posicionamento Tempo x xi Abstract With a large global wraparound the fast development and improved technology in the last decade led the satellite navigation systems increasingly impose themselves in the international markets more specifically for civil use to face the positioning demands and time reference in wide activity areas Because of this the States who detain these systems have been committed to increase and strengthen their services in order to provide them with a high degree of availability and accuracy In the military context its expected which continue the development rhythm to fill gaps in order to use them on maximum of their operational and unique capabilities particularly in weapons guidance systems antijamming capabilities or in the monitoring of the picture for strategic and tactical purposes In the maritime sector it is a useful and fundamental tool in most of the new applications created for the navigation and that allow in addition to the monitored and identify ships assistance to search and rescue centers in scope of the SOLAS Safety Of Life At Sea Convention The vulgarity with that its currently used and the quickness with which the GNSS Global Navigation Satellite System was developed let pass unnoticed the intense research work that was being carried out since the last century To get to know the GNSS their capabilities and trends of future development it is necessary to reflect on the past and know details of its systems components This dissertation is based essentially in a descriptive part of all systems created until now how they are composed and how they provide the positioning services In addition to the descriptive part this work also contains a programming and data analysis component through the creation of a program for the GNSS data processing in kinematic mode with application in ongoing works of research projects of the Escola Naval Keywords GNSS GPS Toolkit Navigation Positioning Time xii xiii Índice Epígrafe iii Dedicatória v Agradecimentos vii Resumo ix Palavraschave ix Abstract xi Keywords xi Índice xiii Índice de Figuras xvii Índice de Tabelas xix Lista de Abreviaturas Siglas e Acrónimos xxi Capítulo 1 Introdução 1 11 Motivação 1 12 Objetivos 3 13 Metodologia 3 14 Estrutura 4 Capítulo 2 Global Navigation Satellite System 7 21 Conceitos Gerais 7 22 Predecessores do GNSS 10 23 Segmento Espacial 12 24 Segmento de Controlo 13 25 Segmento de Utilizador 14 26 Sinais transmitidos 15 27 Cálculo para posição do recetor 17 28 Fontes de erro relevantes 20 29 Sistemas de referência geodésica 23 210 Interoperabilidade 27 Capítulo 3 Global Positioning System 29 xiv 31 Segmento Espacial 29 32 Segmento de Controlo 31 33 Segmento de Utilizador 32 34 Futuro e Evolução 36 Capítulo 4 GLobalnaya NAvigationnaya Sputnikovaya Sistema 41 41 Segmento Espacial 41 42 Segmento de Controlo 43 43 Segmento de Utilizador 44 44 Futuro e Evolução 48 Capítulo 5 Galileo 51 51 Segmento Espacial 51 52 Segmento de Controlo 53 53 Segmento de Utilizador 53 54 Futuro e Evolução 58 Capítulo 6 BeiDou 61 61 Segmento Espacial 61 62 Segmento de Controlo 63 63 Segmento de Utilizador 64 64 Futuro e Evolução 68 Capítulo 7 Regional Navigation Satellite System 71 71 Indian Regional Navigation Satellite System 71 72 QuasiZenith Satellite System 74 Capítulo 8 Satellite Based Augmentation System 77 81 European Geostationary Navigation Overlay Service 77 82 Wide Area Augmentation System 79 83 MTSAT Satellite Augmentation System 81 84 System for Differential Corrections and Monitoring 83 85 GPS Aided Geosynchronous Augmented Navigation System 84 86 Satellite Navigation Aided System 85 Capítulo 9 Processamento de Dados GNSS 87 91 Dados GNSS 87 92 GPSTk 88 93 Tratamento de dados 88 xv 94 Resultados Obtidos 89 Capítulo 10 Considerações Finais 97 101 Conclusões 98 102 Recomendações 99 Bibliografia 101 Anexo A Satélites de navegação enviados para a órbita 1 A1 Sistema GPS 1 A2 Sistema GLONASS 5 A3 Sistema Galileo 10 A4 Sistema BeiDou 11 A5 Sistema INRSS 13 A6 Sistema QZSS 14 A7 Sistema EGNOS 14 A8 Sistema WAAS 15 A9 Sistema MSAS 15 A10 Sistema SDCM 15 A11 Sistema GAGAN 16 A12 Resumo satélites de navegação globais e regionais 16 Anexo B Notas sobre o GPS Toolkit 1 B1 O que é o GPSTk 1 B2 Porque o GPSTk 1 B3 Documentação e fontes de informação do GPSTk 2 B4 Download e instalação para MS Windows 2 B5 Desenvolver um projeto em C utilizando os ficheiros GPSTk précompilados 3 B6 Desenvolver um projeto do GPSTk em MS Windows 7 B7 Instalação do Regex para MS VC 8 B8 Download CMake para MS VC 9 B9 Download e instalação do Gnuplot para MS VC 10 Anexo C Código de processamento de dados GNSS 1 C1 Código em C com recurso ao GPSTk 1 C2 Ficheiro de Configuração 7 C3 Código do Gnuplot 9 Anexo D Fontes de informação sobre o GNSS 1 xvi D1 GNSS 1 D2 GPS 1 D3 GLONASS 2 D4 Galileo 2 D5 BeiDou 3 D6 IRNSS 3 D7 QZSS 3 xvii Índice de Figuras Figura 21 Processo de obtenção de posição num recetor genérico GNSS 14 Figura 22 Erros relevantes associados à propagação do sinal GNSS 20 Figura 23 Interoperabilidade a nível de utilização da banda de radiofrequências 28 Figura 91 Dispersão da altitude obtida por GPS e GPSGLONASS em função do tempo 90 Figura 92 Posições geográficas obtidas por GPS e GPSGLONASS 90 Figura 93 Dispersão espacial das posições geográficas em função da altitude obtidas por GPS e GPSGLONASS 91 Figura 94 Diferença de posicionamento com coordenadas NEU North East Up GPS e GPSGLONASS92 Figura 95 Dispersão da altitude obtida por GPS em função do tempo e da agitação marítima 93 Figura 96 Posições geográficas obtidas por GPS durante a trajetória percorrida pelo navio 94 Figura 97 Dispersão espacial das posições geográficas em função da altitude e da agitação marítima durante a trajetória obtidas por GPS 95 xviii xix Índice de Tabelas Tabela 21 Descrição do sistema de referência geodésico americano utilizado pelo GPS 24 Tabela 22 Descrição do sistema de referência geodésico russo utilizado pelo GLONASS 25 Tabela 23 Descrição do sistema de referência geodésico europeu utilizado pelo Galileo 26 Tabela 24 Descrição do sistema de referência geodésico chinês utilizado pelo BeiDou27 Tabela 31 Características do sinal L1 GPS 34 Tabela 32 Características do sinal L2 GPS 35 Tabela 33 Características do sinal L5 GPS 35 Tabela 41 Características do sinal G1 GLONASS 45 Tabela 42 Características do sinal G2 GLONASS 46 Tabela 43 Características do sinal G3 GLONASS 46 Tabela 51 Características do sinal E1 Galileo 56 Tabela 52 Características do sinal E6 Galileo 56 Tabela 53 Características do sinal E5 Galileo 57 Tabela 61 Características dos sinais da fase I do projeto BeiDou 65 Tabela 62 Características do sinal B1 BeiDou 66 Tabela 63 Características do sinal B2 BeiDou 66 Tabela 64 Características do sinal B3 BeiDou 67 Tabela 71 Características dos sinais IRNSS 73 Tabela 72 Características dos sinais QZSS 76 Tabela 91 Estatística de medidas de exatidão de posicionamento para estação estática 92 Tabela A1 Situação atual dos satélites GPS 1 Tabela A2 Locais de lançamento satélites GPS 1 Tabela A3 Satélites Block I GPS 2 Tabela A4 Satélites Block II GPS 2 Tabela A5 Satélites Block IIA GPS 3 Tabela A6 Satélites Block IIR GPS 3 Tabela A7 Satélites Block IIRM GPS 4 Tabela A8 Satélites Block IIF GPS 4 Tabela A9 Situação atual dos satélites GLONASS5 Tabela A10 Locais de lançamento satélites GLONASS 5 Tabela A11 Satélites Uragan Block I GLONASS 6 Tabela A12 Satélites Uragan Block I GLONASS 6 xx Tabela A13 Satélites Uragan Block IIb GLONASS 7 Tabela A14 Satélites Uragan Block IIv GLONASS 8 Tabela A15 Satélites Uragan M GLONASS 10 Tabela A16 Satélites Uragan K1 GLONASS 10 Tabela A17 Situação atual dos satélites Galileo 10 Tabela A18 Locais de lançamento satélites Galileo 10 Tabela A19 Satélites Giove Galileo 11 Tabela A20 Satélites Galileo IOV Galileo 11 Tabela A21 Satélites Galileo FOC Galileo 11 Tabela A22 Situação atual dos satélites BeiDou 11 Tabela A23 Locais de lançamento satélites BeiDou 12 Tabela A24 Satélites BeiDou1 BeiDou 12 Tabela A25 Satélites BeiDou2 BeiDou 12 Tabela A26 Satélites BeiDou3 BeiDou 13 Tabela A27 Situação atual dos satélites IRNSS 13 Tabela A28 Locais de lançamento satélites IRNSS 13 Tabela A29 Satélites IRNSS1 IRNSS 13 Tabela A30 Situação atual dos satélites QZSS 14 Tabela A31 Locais de lançamento satélites QZSS 14 Tabela A32 Satélites QZS1 QZSS 14 Tabela A33 Satélites EGNOS 14 Tabela A34 Satélites WAAS 15 Tabela A35 Satélites MSAS 15 Tabela A36 Satélites SDCM 15 Tabela A37 Satélites GAGAN 16 Tabela A38 Tabela resumo dos satélites de navegação globais e regionais 16 xxi Lista de Abreviaturas Siglas e Acrónimos AS AntiSpoofing AltBOC Alternated BOC ARNS Aeronautical Radio Navigation Service ASBC Advanced Space Business Corporation ASIC Application Specific Integrated Circuits BDS BeiDou Navigation Satellite System BDT BeiDou Time BMCS Backup Master Control Station BOC Binary Offset Carrier BPSK Binary Shift Phase Keying CA CoarseAcquisition CBOC Composite BOC CCM Central Clock CCF Central Control Facility CDMA Code Division Multiple Access CGCS2000 China Geodetic Coordinate System 2000 CHA Channel High Accuracy CPF Central Processing Facility CS Commercial Service CSA Channel Standard Accuracy CTS Command and Tracking Station DASS Distress Alerting Satellite System DGCA Director General of Civil Aviation DGNSS Differential GNSS xxii DGPS Differential Global Positioning System DoD Department of Defense DRMS Distance Root Mean Squared ECEF Earth Centered Earth Fixed EDAS EGNOS Data Access Service EGEP European Global Navigation Satellite System Evolution Programme EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service ESA European Space Agency EWAN EGNOS Wide Area Network FAA Federal Aviation Agency FDMA Frequency Division Multiple Access FOC Full Operational Capability FOP Final Operational Phase GA Ground Antenna GAGAN GPS Aided Geo Augmented Navigation System GCC Galileo Control Centre GCS Galileo Control System GEO Geostationary Earth Orbit GLONASS GLobalnaya NAvigationnaya Sputnikovaya Sistema GLONASST GLONASS Time GMS Galileo Mission System GNS Global Navigation System GNSS Global Navigation Satellite System GPS Global Positioning System GPST GPS Time xxiii GRSP Galileo Geodetic Reference Service Provider GSA European Global Navigation Satellite System Agency GSM Global System for Mobile Communications GSO Geosynchronous Orbit GSS Galileo Sensor Station GST Galileo System Time GPSTk GPS Toolkit GTRF Galileo Terrestrial Reference Frame GUS Ground Uplink Stations HEO Highly Elliptical Orbit HP High Precision ICAO International Civil Aviation Organization ICG International Committee on Global Navigation Satellite Systems IGEO Instituto Geográfico Português IGS International GNSS Service IGSO Inclined Geosynchronous Orbit ILRS IRNSS Laser Ranging Station IMO International Maritime Organization INC IRNSS Navigation Centre INLUS Indian Land Uplink Station INMCC Indian Master Control Center INRES Indian Reference Stations IOC Initial Operational Capability IOV InOrbit Validation IRCDR IRNSS CDMA Ranging xxiv IRDCN IRNSS Data Communication Network IRIMS IRNSS Range and Integrity Monitoring IRNSS Indian Regional Navigation Satellite System IRNWT IRNSS Timing Centre IRTTC IRNSS Telemetry Tracking and Command Uplinking ISRO Indian Space Research Organization ITRF International Terrestrial Reference Frame ITRS International Terrestrial Reference System ITU International Telecommunications Union JAXA Japan Aerospace Exploration Agency JMA Japan Meteorological Agency KNIT Coordination Scientific Information Centre MBOC Multiplexed BOC MCC Mission Control Centre MCS Master Control Station MEAG Mission Evolution Advisory Group MSAS MTSAT Satellite Augmentation System MEO Medium Earth Orbit MEOSAR Medium Earth Orbit Search and Rescue MRS Monitor and Ranging Station MRSE Mean Radial Spherical Error MS Monitor Station MTSAT Multifunctional Transport SATellites NASA National Aeronautics and Space Administration NAVSOC Naval Satellite Operations Center xxv NAVSTAR Navigation Satellite with Time and Ranging NAVWAR Navigation Warfare NCSR Navigation Communications and Search and Rescue NEU North East up NIMS Navy Ionospheric Monitoring System NLES Navigation Land Earth Stations NNSS Navy Navigation Satellite System NTRIP Networked Transport of RTCM via InterNet Protocol OCC Operational Control Centers OCS Operational Control Segment ODTS Orbitography Determination and Time Synchronization OS Open Service PDOP Position Dilution of Precision PPP Precise Point Positioning PPS Precise Positioning Service PPSPS Precise Positioning Service Performance Standard PRN Pseudo Random Noise PRS Public Regulated Service PS Precision Service PVT Position Velocity and Precise Time PZ90 Parametry Zemli 1990 QPSK Quadrature Phase Shift Keying QZSS QuasiZenith Satellite System RIMS Ranging Integrity Monitoring Stations RINEX Receiver INdependent Exchange xxvi RNP Required Navigation Performance RNSS Regional Navigation Satellite System RTCA Radio Technical Commission for Aeronautics RTCM Radio Technical Commission for Maritime Services RTK Real Time Kinematic SA Selective Availability SAR Search and Rescue SBAS Satellite Based Augmentation System SCC System Control Centre SCC IRNSS Space Craft Control Centre SDCM System of Differential Correction and Monitoring SIS SignalInSpace SISA SignalinSpace Accuracy SISMA SignalinSpace Monitored Accuracy SISNet SignalInSpace and InterNet SLR Laser Range Station SoL Safety of Life Service SOLAS Safety Of Life At Sea SMS Short Message Service SNAS Satellite Navigation Augmentation System SP Standard Precision SPAC Satellite Positioning Research and Application Center SPS Standard Positioning Service SPSPS Standard Positioning Service Performance Standard TAI Temps Atomic International xxvii TDS Technology Demonstration System TEC Total Electron Content TMS Time Management Station TTC Telemetry Tracking and Command ULS Uplink Station UTC Universal Time Coordinated WAAS Wide Area Augmentation System WAGE Wide Area GPS Enhancements WGS84 World Geodetic System 1984 WMS WAAS Master Station WRS Widearea Reference Stations WWRNS WorldWide Radionavigation System xxviii 1 Capítulo 1 Introdução O termo Global Navigation Satellite System GNSS foi pela primeira vez utilizado em 1991 pela International Civil Aviation Organization ICAO de forma a representar os sistemas de posicionamento por satélite com cobertura mundial Siu 2012 Nos últimos anos assistiuse à grande popularização dos serviços destes sistemas sobretudo graças ao sistema desenvolvido pelos EUA o Global Positioning System GPS Para além deste sistema outros GNSS começaram a ser desenvolvidos e alguns estão em fase de implementação ou de projeto tais como o GLobalnaya NAvigationnaya Sputnikovaya Sistema GLONASS da Federação Russa o Galileo da União Europeia e ainda o BeiDou da República Popular da China United Nations 2010 Em complemento ao GNSS existem também sistemas de posicionamento por satélite de cobertura regional o Indian Regional Navigation Satellite System IRNSS e o Quasi Zenith Satellite System QZSS os quais disponibilizam posicionamento só para uma determinada área do planeta United Nations 2010 Existem ainda sistemas de aumento local da capacidade do GPS como o EGNOS de cobertura Europeia e o WAAS que cobre o continente NorteAmericano com outros em implementação que visam melhorar o desempenho e a integridade de um mais GNSS O GNSS pode ser considerado como o avanço mais significativo alguma vez realizado para o determinar da posição de um objeto à superfície da Terra O seu impacto no desenvolvimento científico tecnológico e económico foi enorme Basta imaginar o que seria hoje a nossa vida sem o GNSS designadamente na navegação marítima Esta evolução foi rápida e o ritmo de crescimento não abranda face ao crescente aumento da capacidade e criação de novos sistemas bem como a evolução de tecnologias associadas que conduziram a uma diminuição dos custos dos aparelhos recetores dos sinais e também a um aumento das suas capacidades 11 Motivação Os primeiros sistemas GNSS foram criados para fins militares em termos de posicionamento preciso provando ser indispensáveis nas atividades dos mesmos terrestre aérea e marítima Baijal Arora 2001 2 A navegação por satélite no âmbito de missões militares em ambientes hostis é muito importante nomeadamente em ações noturnas em território inimigo muitas vezes pouco ou mal conhecido Com o GNSS é possível determinar com exatidão o posicionamento das nossas forças bem como das forças inimigas e dirigir o poder de fogo com precisão cirúrgica O GNSS é um instrumento essencial nas operações ao nível tático uma valiosa fonte de informação no processo de tomada de decisão e de execução da mesma Baijal Arora 2001 Para além das funções referidas permite ter uma capacidade adicional no acompanhamento e aquisição antecipada de alvos em atividades de intelligence surveillance ou reconnaissance utilizados para sistemas de aviso antecipado e sistemas de armas para a condução de mísseis reduzindo o tempo de prontidão Saulay 2010 Os GNSS utilizados para a navegação marítima em navios militares ou civis são especialmente importantes nos vários tipos de navegação oceânica costeira águas restritas ou mesmo na fase de atracação para além de ser um instrumento que fornece serviços como o AIS ou alimenta a base de posicionamento de cartas eletrónicas de navegação European Space Agency 2003 International Maritime Organization 2002 No entanto estes sistemas são suscetíveis a sinais de jamming a maior ameaça aquando da sua utilização face ao surgimento de dispositivos capazes de interferir com as frequências utilizadas pelos satélites podendo induzir à sua interrupção Grimes 2008a É desta forma que os detetores destes sistemas de navegação têm vindo a melhorar os sinais militares para que possam ter capacidades antijamming mais efetivas e fiáveis Reconhecida a importância do GNSS e a vulgarização da sua utilização nas mais elementares aplicações de uso rotineiro passa muitas vezes despercebida a complexidade e a sofisticação associada à elementar leitura da posição geográfica e da hora num recetor Passaram 20 anos desde que o GPS foi considerado operacional e desde então assistiuse a uma evolução tecnológica exponencial que importa analisar e estudar com o objetivo de compreender o futuro e o impacto na navegação marítima no âmbito da IMO Internacional Maritime Organization e nas operações navais no âmbito NAVWAR Navigation Warfare 3 Este estudo poderá ser de utilidade para a investigação desenvolvida na Escola Naval e vem na linha de uma tradição do estudo das técnicas e metodologias de navegação Pretendese desenvolver uma aplicação em computador que permita calcular a posição de um objeto em movimento com dados brutos GNSS Uma aplicação que seja suscetível de ser facilmente parametrizável que possa ser usada para efeitos de instrução na Escola Naval e que se constitua como um embrião para estudos futuros 12 Objetivos O objetivo desta dissertação de mestrado é o de estudar analisar coligir e organizar informação relevante sobre o GNSS enquadrandoa de forma a ser desenvolvida no futuro de um modo mais aprofundado na Escola Naval Os objetivos específicos a atingir com esta dissertação são os seguintes Aprofundar os conhecimentos sobre GNSS Utilização desta para consulta esclarecimento e possível utilização como recurso útil a nível bibliográfico no que concerne a este tema nomeadamente nas unidades curriculares de Hidrografia e de Navegação Processamento de dados GNSS em modo de posicionamento absoluto cinemático com o desenvolvimento de uma aplicação em linguagem C e com recurso às rotinas de utilização livre do GPS Toolkit GPSTk 13 Metodologia Podese definir a metodologia de investigação como um processo de seleção da melhor estratégia no âmbito de uma investigação da mesma forma que o método é entendido como um conjunto de operações realizadas a fim de obter um ou mais objetivos o qual dirige toda a investigação por detrás deste e permite selecionar e coordenar técnicas a usar Grawitz 1993 As investigações podem assim ser conduzidas de acordo com duas abordagens uma quantitativa e uma qualitativa embora alguns autores vejam as diferenças entre ambas como algo vantajoso daí a aplicação de uma abordagem mista que se pode constituir como a única forma de aprofundar o conhecimento relacionado com o tema em estudo Sousa Baptista 2011 4 A investigação quantitativa é caracterizada como uma abordagem na qual é necessário assumir situações fenómenos ou acontecimentos que se pretendem estudar os quais possam ser traduzidos numericamente ou seja sempre que haja possibilidade o investigador deve efetuar medições rigorosas e precisas do tipo quantitativo e formular matematicamente as observações e conclusões Ribeiro 2007 O seu principal objetivo é identificar e apresentar dados indicadores e tendências observáveis daí a sua utilização em áreas das ciências exatas Sousa Baptista 2011 A investigação qualitativa é descrita como uma abordagem segundo a qual os investigadores se preocupam em compreender as perceções individuais do mundo ou seja realizam observações do tipo qualitativo analisando um determinado fenómeno ou assunto procurando o seu motivo entre outros fatores Ribeiro 2007 O seu principal objetivo é a compreensão dos problemas e a análise de certas atividades Esta dissertação tem como base fundamental segundo os autores descritos um método misto devido às opções metodológicas tomadas e métodos de recolha e análise de dados É um estudo de caráter exploratório quanto ao tipo de abordagem dada a natureza da informação obtida ser tratada aquando do fim da investigação Por outras palavras qualitativa como uma componente descritiva e aprofundada do tema GNSS com recurso a uma pesquisa bibliográfica e documental abrangente e quantitativa uma vez que se efetua a recolha de dados pósprocessados GNSS e após a sua análise são apresentados de forma a diferenciálos quanto ao seu campo de ação e utilidade 14 Estrutura Esta dissertação de mestrado é constituída por dez capítulos Capítulo 1 Composto por um texto introdutório no qual é descrito o panorama em que se insere a tese desde os objetivos propostos até às metodologias utilizadas Capítulo 2 Descrição do que é exatamente um GNSS as várias partes constituintes da arquitetura do seu sistema nomeadamente o segmento espacial de controlo e de utilizador cálculos realizados para determinação da posição por um recetor e quais as fontes de erro associadas Para além disso é abordado o aparecimento destes sistemas de navegação por satélite fazendo referência aos antecessores terminando com o sistema de referência geodésica que cada um utiliza e a capacidade de serem interoperáveis 5 Capítulo 3 4 5 e 6 São descritos de uma forma mais abrangente e detalhada cada um dos sistemas de navegação global por satélite GPS GLONASS Galileo e BeiDou a arquitetura dos seus sistemas desempenho a nível de posicionamento configurações do sinal e o que se prevê a curto e médio prazo dado a forma como irão evoluir Capítulo 7 São apresentados apesar de uma forma menos abrangente e discriminada os sistema de navegação regional por satélite IRNSS e QZSS abordando respectivamente tal como no capítulo anterior a arquitetura do sistema serviços ou performances por exemplo concluindo com a configuração que se prevê com a evolução destes sistemas Capítulo 8 Detalhe do funcionamento dos sistemas complementares de aumento de capacidade GNSS que permite melhorar os sistemas de navegação globais a nível do sinal e serviços fornecidos como se trata por exemplo do EGNOS ou do WAAS Capítulo 9 Trata da parte do desenvolvimento que inclui o processamento de dados GNSS pósprocessados com recurso ao programa MS Visual C permitindo observar e analisar os resultados obtidos quer para uma estação estática quer em movimento onde se irá verificar as discrepâncias e erros associados à deslocação de um objeto durante a receção e computorização do sinal Este será o início do desenvolvimento de um sistema de posicionamento com dados pósprocessados para a Escola Naval Capítulo 10 Apresentação das conclusões após análise dos resultados feitas recomendações para o passo seguinte de desenvolvimento deste projeto e as suas possíveis melhorias 6 7 Capítulo 2 Global Navigation Satellite System 21 Conceitos Gerais O GNSS do inglês Global Navigation Satellite System permite determinar o posicionamento geográfico de um objeto na superfície da Terra através de satélites artificiais especialmente concebidos para o efeito Seeber 2003 O GNSS é composto por vários sistemas independentes desenvolvidos por grandes potências económicas mundiais que permitem a interoperabilidade entre si Estes sistemas partilham também do mesmo princípio geral de funcionamento em que o processo de obtenção da posição apresenta semelhanças ao que se designa genericamente por trilateração que tem por base a medição da distância Hegarty Chatre 2008 Para determinar a posição o recetor GNSS necessita no mínimo de quatro satélites simultaneamente visíveis por uma antena Seeber 2003 O sinal transmitido por cada satélite permite determinar o intervalo de tempo de propagação a partir do qual se calcula o tempo horário e a posição geográfica com um elevado grau de rigor quando comparado com outros métodos de posicionamento entre a dezena de metros e alguns centímetros dependendo da sofisticação dos recetores e dos métodos de processamento de dados Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 A era do posicionamento espacial começou aquando do lançamento a 4 de Outubro de 1957 do primeiro satélite artificial o Sputnik I Seeber 2003 Este evento possibilitou enormes avanços tecnológicos sendo uma viragem na vida da humanidade com implicação nos sistemas de posicionamento O Homem passou olhar para o céu para se posicionar na Terra tal como acontecia na antiguidade mas agora observao com um nível de qualidade e disponibilidade muito superior Após o lançamento dos primeiros satélites artificiais de navegação que se seguiram ao Sputnik o Department of Defense DoD dos EUA em 1973 lançou as bases para o projeto de criação de um sistema global de posicionamento por satélite com a criação do GPS Federal Aviation Administration 2014b O objetivo principal foi a utilização para fins militares apesar de nos dias de hoje estar disponível para o uso civil em geral sem encargos para o utilizador bastando possuir apenas um recetor como os que existem nos carros telefones relógios e dispositivos próprios que podem ser adquiridos a baixo custo Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 8 Com o sucesso do GPS outros países com potencial científico e económico lançaram se na criação de sistemas de posicionamento por satélite reduzindo ou eliminando a dependência do sistema americano ou melhorando o desempenho em determinadas regiões Someswar Rao Chigurukota 2013 De uma forma geral todos os sistemas de satélites têm uma arquitetura semelhante e a mesma função a de permitir determinar uma solução de navegação de um objeto à superfície da Terra ou no espaço em seu redor Seeber 2003 A solução de navegação é comportada pelo vetor posição e pelo vetor velocidade ambos referidos a uma determinada hora de observação com o maior rigor possível Esta solução designase abreviadamente por PVT Position Velocity and Precise Time A arquitetura de um sistema de satélites é composta pelos seguintes segmentos United Nations 2010 Segmento espacial Consiste numa constelação de satélites devidamente posicionados em órbitas prédefinidas que transmite sinais de rádio para os utilizadores Segmento de controlo Consiste numa rede de estações terrestres com a função de fazer o seguimento dos satélites monitorizar a qualidade dos sinais e da informação transmitida analisar o desempenho enviar dados e comandar os satélites Segmento do utilizador Consiste num sistema de receção antena e recetor que permite a receção dos sinais modulação dos dados e o cálculo da solução de navegação Os sistemas de posicionamento por satélite podem diferenciarse consoante a sua capacidade de cobertura de área a United Nations 2010 Satélites de navegação de cobertura global designados pelo nome Global Navigation Satellite System GNSS já referidos Satélites de navegação de cobertura regional designados por Regional Navigation Satellite System RNSS os quais não possuem a capacidade de cobertura global estando a sua área de cobertura restringida a regiões limitadas do planeta para onde foram especialmente concebidos de forma a permitir um melhor desempenho e menor dependência dos GNSS 9 Alguns sistemas de navegação de satélite foram concebidos para monitorizar e melhorar o desempenho de GNSS em determinadas áreas Estes sistemas designados por Satellite Based Augmentation System SBAS são constituídos por estações de referência que monitorizam os sinais dos satélites e calculam parâmetros de correção que podem ser usados para melhorar a qualidade da solução de navegação em determinadas regiões United Nations 2010 Essas correções são enviadas para satélites que os transmitem para os recetores GNSS com capacidade SBAS Para além da conceção e aplicação para uso militar o GNSS tem uma ampla utilização de âmbito civil tais como na topografia e cartografia na navegação terrestre marítima aérea e espacial United Nations 2004 O GNSS permite superar limitações das técnicas baseadas em sistemas de posicionamento terrestres com maior rigor disponibilidade e economia com aplicação por exemplo nas seguintes áreas United Nations 2012 Nos levantamentos hidrográficos e topográficos tornaos substancialmente mais eficientes e de melhor qualidade Nas comunicações e informática permite sincronizar estações distantes Na engenharia civil é aplicado no acompanhamento de obras e monitorização do estado de estruturas Na natureza monitoriza a vida dos animais e protecção ambiental Na redução do impacto de catástrofes naturais contribui para a sua prevenção avaliação do impacto e organização do apoio às populações quando podem ou não ocorrer O advento do GNSS veio revolucionar a execução de um amplo conjunto de atividades tornandoas mais eficientes uma vasta gama de aplicações e um melhor conhecimento do mundo que nos rodeia Someswar Rao Chigurukota 2013 O desenvolvimento e aplicação do GNSS continua a ser uma fonte de investigação transversal a praticamente todas as áreas do saber e continua em permanente evolução o que não convém descurar 10 22 Predecessores do GNSS Os sistemas de navegação por satélite só se desenvolveram com o advento da navegação eletrónica dos sistemas de radioposicionamento Decca LORAN LOng RAnge Navigation GEE derivado de Grid dado utilizar linhas de grade Omega Trinsponder e outros que utilizavam transmissores terrestres de ondas rádio em vez de satélites Stansell 1978 A determinação das linhas de posição baseavase na medição do atraso entre a emissão e a receção do sinal transmitido por impulsos de rádio a partir de uma estação principal conhecendo as distâncias ou de diferenças de distâncias entre estações fixas o que permitia determinar a posição de uma estação móvel desde que existisse um número mínimo de linhas de posição independentes a partir dessas estações Danchik 1998 Com o advento da era espacial desde logo se imaginou a possibilidade de posicionamento a partir de satélites Stansell 1978 Para que isso se concretizasse foi necessário resolver um conjunto de problemas técnicos e científicos que passo a enumerar Transmissão da posição de um satélite em órbita em perpétuo movimento Conceção do sinal a ser transmitido face às limitações de potência Determinação da posição Garantia de uma cobertura mundial sempre disponível Estes problemas foram sendo resolvidos com o progresso da ciência a dedicação e a genialidade de muitos homens e de equipas técnicas bem organizadas Pisacane 1998 O primeiro sistema de posicionamento por satélite operacional foi o Transit o qual é descrito na próxima secção e cuja experiência adquirida na conceção e utilização em muito influenciou o desenvolvimento do primeiro GNSS o GPS Guier Weiffenbach 1998 221 Transit US Navy Navigation Satellite System Na década de 1960 é implementado pela US Navy o primeiro sistema de posicionamento por satélite para efeitos militares o Transit Danchik 1998 Este sistema funcionava com base no seguimento do efeito Doppler O controlo e determinação da 11 posição dos satélites em órbita baseavamse na observação do efeito Doppler US Navy 1967 Deste modo o problema da determinação da posição de um objeto na Terra passava por solucionar o problema inverso uma vez conhecida a posição do satélite possibilitando a utilização dos dados Doppler poderiam ser utilizados para determinar a posição desconhecida de um observador Encyclopedia Astronautica sdb O Transit foi largamente utilizado para navegação marítima e contribuiu para salientar a importância e a vantagem dos satélites relativamente aos métodos de navegação baseados em estações terrestres em pleno ambiente de guerra fria entre os EUA e a extinta União Soviética Pisacane 1998 Estabeleceuse uma rede de estações de monitorização de satélites de cobertura global incitando à criação de um grande número de patentes em engenharia espacial tecnologia e ciência O segmento espacial do sistema teve origem nos satélites de 1ª geração concluídos após o financiamento inicial do programa Danchik 1998 Com o aperfeiçoamento e atualizações deste segmento passaram de satélites esféricos para satélites quase cilíndricos Os satélites da 4ª geração utilizaram pela primeira vez duas frequências corrigindo assim os erros devido à propagação na ionosfera Danchik 1998 O início dos protótipos de um veículo espacial operacional tal como os dos dias de hoje começou em 1964 através do desenvolvimento de outras tecnologias passando a dispor de um propulsor de energia solar ao invés da nuclear tendo maior fiabilidade e tempo de vida útil e estando à disposição do público geral Pisacane 1998 As órbitas eram geralmente polares ou seja a cerca de 1100 km de altitudes e durante todo o período de serviço do sistema quatro gerações de frequências padrão de césio e três de hidrogénio foram experimentadas Stansell 1978 O sistema de operações e controlo Transit era operado pela Naval Satellite Operations Center NAVSOC que dispunha de estações que faziam a monitorização e reuniam os dados Doppler os quais eram armazenados para serem continuamente retransmitidos para os satélites com as efemérides previstas para cada um deles e posteriormente estas eram transmitidas para os utilizadores Pisacane 1998 Danchik 1998 Os serviços de navegação do sistema Transit apesar de terem sido encerrados em 1996 no ano seguinte a restante constelação passou para o Navy Ionospheric Monitoring System NIMS que utilizou o sistema para computorização da tomografia da ionosfera 12 para determinar o perfil de eletrões livres aí existentes auxiliando em possíveis cálculos de erros no posicionamento resultantes da camada ionosférica Encyclopedia Astronautica sdb O segmento de utilizador do sistema baseavase num princípio em que a posição do recetor poderia ser determinada com uma única passagem de um satélite com o efeito de Doppler por um período de 10 a 16 minutos Stansell 1978 Por conseguinte os recetores mediam a evolução temporal do efeito de Doppler com uma correção da refração e guardavam as efemérides orbitais da mesma forma que o satélite que passava sobre estes permitindo ao utilizador calcular a posição inicial com exatidão dentro das poucas centenas de metros mas apenas a cada 35 a 100 minutos Stansell 1978 Esta informação de navegação seria obtida com recurso a instrumentos de baixa movimentação como os navios porém não permitia adquirir velocidade Danchik 1998 O Transit Navigations System ou Navy Navigation Satellite System NNSS durante os seus 32 anos de operação 19641996 forneceu navegação global precisa e fiável à US Navy e à comunidade civil tendo sido melhorado progressivamente e para além disso contribuiu para muitos avanços tecnológicos na área aeroespacial Danchik 1998 23 Segmento Espacial Um satélite de navegação é um objeto artificial que fornece e providencia autonomamente a posição geográfica na Terra através de sinais de radionavegação transmitidos para o segmento de controlo por sensores controlados por relógios atómicos altamente estáveis presentes nos satélites e permitem determinar a localização nos três eixos ou seja latitude longitude e altitude com elevada precisão na ordem de poucos metros e alguns deles até centímetros Wells et al 1986 A cobertura global é garantida por uma constelação de 20 a 30 satélites em MEO Medium Earth Orbit distribuídos em diversos planos orbitais designada por segmento espacial European Space Agency 2013c Esta constelação deve assegurar que existem pelo menos quatro satélites simultaneamente visíveis em qualquer ponto da superfície terrestre a qualquer instante Wells et al 1986 Os atuais sistemas têm as suas constelações colocadas nos vários planos orbitais com inclinações maiores que 50º com períodos orbitais de aproximadamente 12 horas a uma altitude de cerca de 22000 km European Space Agency 2013c 13 Todavia os satélites utilizados pelos estados detentores dos sistemas de navegação divergem nas características entre si mesmo dentro do próprio sistema sendo implementadas e desenvolvidas tecnologias de forma a melhorar o seu desempenho o tempo de vida útil rendimento entre outros originando as diferentes gerações de satélites Hegarty Chatre 2008 24 Segmento de Controlo O segmento de controlo tal como é designado constitui a infraestrutura necessária ao suporte para a operação dos satélites As principais tarefas do segmento de controlo são as seguintes United Nations 2010 Wells et al 1986 Acompanhar e controlar os parâmetros orbitais dos satélites Monitorizar o estado dos subsistemas dos satélites incluindo a monitorização dos painéis solares energia da bateria e nível do propulsor utilizado para as manobras do satélite Ativar os satélites de reserva existentes em caso de necessidade Determinar e atualizar os parâmetros das mensagens de navegação e os parâmetros de correção dos relógios de cada satélite Efetuar o rastreio passivo dos satélites a partir de estações de monitorização e resolver anomalias destes Para conseguir desempenhar todas estas tarefas e funções o sistema de controlo necessita de vários centros de comando e controlo em que cada um assume um papel exclusivo e contribuem para que o segmento espacial se mantenha no seu devido estado operacional e ainda coopere com as outras estruturas com o objetivo destas conseguirem desempenhar a sua função Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 Nas estaçõescentros de controlo são processadas as medições recebidas pelas estações de monitorizaçãocontrolo para estimar as órbitas dos satélites e os erros de relógio para além de outros parâmetros para gerar a mensagem de navegação Seeber 2003 Essas correções e mensagens de navegação são então enviadas para os satélites pelas antenas terrestres que normalmente estão colocalizadas nas estações de monitorização ou através de estações de envio 14 25 Segmento de Utilizador A solução de navegação fornecida por um recetor GNSS assenta no cálculo da distância a um conjunto de satélites através da extração do tempo de propagação dos SignalInSpace SIS transmitidos pelos satélites que viajam no espaço à velocidade da luz sendo a interface do utilizador para obtenção da solução de navegação de qualquer um dos sistemas Seeber 2003 Embora a arquitetura do recetor seja adaptada para os diferentes sistemas existentes variando consoante o tipo de bandas de frequências para os quais os recetores foram concebidos para operar e para as diferentes aplicações alvo a constituição básica de um recetor genérico é a seguinte Parkinson Spilker 1996 Antena Opera na banda L e tem por função captar os sinais GNSS o mais possível livres de ruído e de interferências Conversor AD Tem por função filtrar amplificar e digitalizar os sinais de entrada Processador de sinal Responsável pela aquisição e acompanhamento do sinal através de várias rotinas de processamento de sinais Processamento Dependendo da aplicação o recetor executa diferentes tarefas com as informações GNSS e fornece resultados ao utilizador normalmente a solução de posicionamento e tempo Figura 21 Processo de obtenção de posição num recetor genérico GNSS1 Após a receção dos sinais nas antenas estes são transmitidos por um préamplificador de baixo ruído que converte o sinal recebido para uma frequência intermédia permitindo que a conversão analógicodigital e o controlo automático de ganho sejam efetuados Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 1 Adaptado de Pereira 2011 15 Os sinais digitais convertidos são então processados por cada um dos canais do recetor digital contendo cada um deles dois blocos de sincronização O primeiro com os dados da mensagem de navegação e o segundo que efetua a medição da pseudodistância para além de permitir que a mensagem de navegação possa ser recuperada pelo utilizador Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 Estes dados são então processados com mais ou menos rigor consoante o tipo de recetor que estejamos a utilizar de forma a obter a solução de navegação ou seja o PVT United Nations 2004 Como consequência do surgimento e modernização dos GNSS nomeadamente a nível da interoperabilidade entre os vários sistemas existentes os fabricantes de recetores tentam desenvolver produtos capazes de integrar facilmente os novos sistemas daí a existência de diversos tipos de recetores os quais se dividem da seguinte forma Petovello et al 2008 Recetor multiconstelação Para utilização de mais de um dos sistemas GNSS Recetor multifrequência Para receção de mais que uma frequência GNSS Recetor de aumento Para receção dos sinais dos SBAS Recetor diferencial Para receção de sinais fornecidos por estações que efetuam correções diferenciais como é o caso dos Differential Global Navigation Satellite System DGNSS Recetor de assistência Para permitir melhorar a velocidade de aquisição e processar os dados e soluções calculadas pelos segmentos de controlo dos GNSS 26 Sinais transmitidos Os sinais de posicionamento transmitidos continuamente pelos satélites de navegação numa ou mais frequências da banda L contêm o código da pseudodistância e os dados de navegação Wells et al 1986 Estes permitem aos utilizadores calcular o tempo percorrido desde a transmissão do sinal do satélite até este ser captado pela antena do recetor e calcular as coordenadas desse mesmo satélite no momento da transmissão do sinal Os códigos da pseudodistância são modulados com a mensagem de navegação de forma a serem combinados posteriormente na frequência da portadora Uma mesma frequência que contenha informação modulada de diferentes formas para os diferentes códigos militar e civil por exemplo é então misturada para que possa ser transmitida em 16 conjunto Wells et al 1986 Em suma os componentes principais do sinal GNSS têm as seguintes particularidades Portadora Frequência que transporta um sinal rádio que será modulado para representar a informação transmitida nessa frequência Pseudodistância Sequência de bits que permite determinar o tempo percorrido pelo sinal rádio desde que foi transmitido pelo satélite até ser captado pelo recetor designado por sequências ou códigos PseudoRandom Noise PRN Mensagem de navegação Uma mensagem de código binário que fornece informação das efemérides do satélite parâmetros de correção dos erros do relógio do satélite parâmetros para correção ionosférica e outros de utilidade para cálculo da solução de navegação do estado de vida útil deste e outras informações complementares pertinentes A informação transmitida no sinal GNSS é modulada Existem diferentes tipos de modulação para os sinais transmitidos por cada um dos sistemas GNSS e dentro de cada uma das bandas transmitidas Ávila Rodríguez 2008 PhaseShift Keying PSK Técnica de modulação digital para combinar alterando a fase de um sinal de referência Este pode ser Binary PhaseShift Keying BPSK ou Quadrature PhaseShift Keying QPSK O BPSK consiste em alterar a fase da portadora em 180º cada vez que ocorre uma alteração de bit O QPSK consiste em alterar a fase da portadora em 90º cada vez que ocorre uma alteração de bit O QPSK transmite duas vezes mais rápido os dados numa determinada largura de banda 2 bitss em comparação com o BPSK 1 bits Binary Offset Carrier BOC Desenvolvido para permitir a interoperabilidade dos sistemas É uma modulação da subportadora que leva à sua multiplicação dividindo o espetro em duas partes Existem variantes desta técnica de modulação pelos GNSS sendo de destacar a Multiplexed BOC MBOC BOC with cosin phasing BOCcos BOC with sin phasing BOCsin Alternative BOC AltBOC e Composite BOC CBOC As técnicas para transmissão dos sinais podem ser divididas em duas a Code Division Multiple Access CDMA e a Frequency Division Multiple Access FDMA A CDMA 17 utilizada pelo GPS Galileo e BeiDou ao contrário da FDMA utilizada inicialmente pelo GLONASS tornouse vantajosa O CDMA atribui um código de sinal diferente a cada satélite enquanto a FDMA atribui uma frequência diferente a cada satélite Deste modo é possível distinguir a proveniência dos sinais recebidos Ávila Rodríguez 2008 Embora o FDMA tenho trazido benefícios face à proteção contra jamming em que apenas os satélites que operassem numa determinada frequência eram afetados ao contrário dos que utilizavam a técnica CDMA que eram todos eles afetados uma vez que utilizam a mesma portadora com as capacidades existentes para desativação das proteções antijamming acaba por se tornar dispensável Em oposição o FDMA necessita de diferentes portadoras logo recetores e antenas com capacidade para captar todas as frequências tornandose menos competitivo e afluente no mercado em massa GNSS Ávila Rodríguez 2008 Com os vários sistemas a operar na mesma banda de frequências surge o problema da sua atribuição a cada um dos operadores Assim sendo o facto de vários serviços poderem coexistir na mesma banda de frequências implica estes serem facultados consoante os diferentes propósitos com a atribuição e distribuição coerente das bandas de frequências em que os sistemas podem operar United Nations 2012 A International Telecommunications Union ITU coordena o uso global partilhado do espectro rádio e tem vindo a trabalhar na atribuição das bandas de frequência dos GNSS Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 27 Cálculo para posição do recetor O cálculo da posição do utilizador de um sistema GNSS pode ser feito de duas formas recorrendo à pseudodistância ou com a utilização adicional da fase da portadora Neste caso o método abordado será o da pseudodistância uma medida relacionada com a distância entre o satélite e a antena do recetor com base na medição do intervalo de tempo de propagação do sinal Leick Rapoport Tatarnikov 2015 A abordagem inicial começa pela distância geométrica 𝜌𝑟𝑠 entre um recetor r e o satélite s equivalente ao intervalo de tempo de propagação de um sinal τ percorrido desde o satélite até ao recetor multiplicado pela velocidade de propagação c 𝜌𝑟𝑠 𝑐 𝜏 𝑐 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 21 18 onde 𝑡𝑡𝑟 é o tempo real de receção do sinal e 𝑡𝑡𝑠 é o tempo real de transmissão do sinal ou seja o período de tempo medido por um relógio uniforme e perfeitamente sincronizado no satélite e no recetor Por outro lado a distância geométrica também ela depende quer da posição do recetor 𝑋𝑟 𝑥𝑟 𝑦𝑟 𝑧𝑟 em função do tempo real de receção 𝑡𝑡𝑟 quer da posição do satélite 𝑋𝑠 𝑥𝑠 𝑦𝑠 𝑧𝑠 em função do tempo real de transmissão 𝑡𝑡𝑠 𝜌𝑟𝑠𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 𝑋𝑟 𝑡𝑡𝑟 𝑋𝑠 𝑡𝑡𝑠 𝑥𝑟𝑡𝑡𝑟 𝑥𝑠𝑡𝑡𝑠 2 𝑦𝑟𝑡𝑡𝑟 𝑦𝑠𝑡𝑡𝑠 2 𝑧𝑟𝑡𝑡𝑟 𝑧𝑠𝑡𝑡𝑠 2 22 Convém realçar que o tempo do recetor mantido por um relógio construído no recetor e o tempo do satélite mantido por um relógio construído no satélite não estão sincronizados e apresentam ambos erros quando comparados com um tempo de referência uniforme o qual é mantido continuamente pelo sistema de controlo GNSS podendo ser tanto GPS Time GPST GLONASS Time GLONASST Galileo System Time GST BeiDou Time BDT ou qualquer outro sistema de tempo existente desde que utilizado como referência de tempo real GNSS Leick et al 2015 Assim as relações de tempo existentes entre o tempo real e o tempo observado no relógio do satélite 𝑡𝑠 e o tempo observado no relógio do recetor 𝑡𝑟 são as seguintes 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 𝑡𝑠 𝛿𝑡𝑠 23 onde 𝛿𝑡𝑟 é o erro do relógio do receptor e 𝛿𝑡𝑠 do relógio do satélite ambos em segundos A mensagem de navegação recebida pelo recetor permite ao utilizador calcular a posição do satélite no sistema de coordenadas Earth Centered Earth Fixed ECEF 𝑋𝑠 𝑥𝑠 𝑦𝑠 𝑧𝑠 e o erro do relógio do satélite 𝛿𝑡𝑠 tendo deste modo como incógnitas as coordenadas do recetor 𝑋𝑟 𝑥𝑟 𝑦𝑟 𝑧𝑟 e o erro do relógio do recetor 𝛿𝑡𝑟 Analisando as últimas equações dos erros do relógio surge uma nova distância designada de pseudodistância P que expressa a distância geométrica mais um conjunto de erros com diferentes significados físicos contabilizandose apenas neste caso os erros dos relógios do satélite e recetor resultando na seguinte equação 19 𝑃𝑟𝑠𝑡𝑟 𝑐 𝑡𝑟 𝑡𝑠 𝑐 𝑡𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑟 𝑐 𝑡𝑡𝑠 𝛿𝑡𝑠 𝑐 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 𝑐 𝛿𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑠 𝜌𝑟𝑠𝑡𝑡𝑟 𝑐 𝛿𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑠 24 A pseudodistância é medida no tempo de propagação do sinal observado no relógio do recetor tr e não em tempo real ttr o que significa que a distância referente ao tempo real na equação anterior pode ser do tempo do recetor o que requer uma correção adicional Para isso a distância geométrica do tempo real pode ser linearizada no tempo nominal do recetor 𝜌𝑟𝑠𝑡𝑡𝑟 𝜌𝑟𝑠𝑡𝑟 𝑑𝜌𝑡𝑟 𝑑𝑡 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑟 𝜌𝑟𝑠𝑡𝑟 𝑑𝜌𝑡𝑟 𝑑𝑡 𝛿𝑡𝑟 25 A parcela 𝑑𝜌𝑡𝑟 𝑑𝑡 𝛿𝑡𝑟 representa a distância geométrica devido ao erro do relógio do recetor A velocidade radial do satélite é nula se o satélite estiver no ponto mais perto da aproximação e pode atingir valores acima de 800 ms para ângulos de elevação iguais a 10º o que significa que o erro na distância induzida pela parcela será menor que 1 mm caso o erro do relógio do recetor seja estimado com uma precisão de 1 μs Devido a esta pequena contribuição o termo 𝑑𝜌𝑡𝑟 𝑑𝑡 𝛿𝑡𝑟 é muitas vezes negligenciado e não está listado em todas as equações Leick et al 2015 Tendo em conta que a posição do satélite deve ser calculada no tempo real de transmissão e que após o período de transmissão o satélite altera a sua posição face às características do seu raio orbital e velocidade ocorrerá um erro significativo O tempo de propagação do sinal é estimado pelo recetor como o tempo necessário para alinhar e correlacionar uma réplica do código PRN gerado pelo recetor com uma outra gerada e enviada pelo satélite Leick et al 2015 O tempo de transmissão de um sinal pode ser estimado pela subtração do intervalo de propagação medido pelo recetor da seguinte forma 𝑡𝑡𝑠 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 𝑡𝑠 𝛿𝑡𝑠 𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 𝑡𝑠 𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑠 𝑡𝑡𝑟 𝑡𝑡𝑠 𝑡𝑟 𝑃𝑡𝑟 𝑐 26 Tomando as correções anteriores em consideração na equação para a pseudodistância representando apenas os erros do relógio do recetor e satélite é representada desta forma rt 20 𝑃𝑟𝑠𝑡𝑟 𝜌𝑟𝑠𝑡𝑟 𝑐 𝛿𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑠 𝑥𝑟𝑡𝑟 𝑥𝑠𝑡𝑠 2 𝑦𝑟𝑡𝑟 𝑦𝑠𝑡𝑠 2 𝑧𝑟𝑡𝑟 𝑧𝑠𝑡𝑠 2 𝑐 𝛿𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑠 27 O modelo de pseudodistância representado é utilizado no posicionamento absoluto básico do GNSS com observações da pseudodistância em frequência única tal como o Standard Positioning Service do GPS ou o Standard Precision do GLONASS 28 Fontes de erro relevantes Existem diversas fontes de erro que contribuem para a degradação do sinal transmitido a partir do satélite e outras que influenciam o rigor no cálculo da pseudodistância United Nations 2012 No âmbito deste trabalho destacamse apenas as fontes de erro mais relevantes para a observação e cálculo da posição por pseudodistância Assim para além dos erros do relógio referidos que dependem diretamente do satélite e do recetor os erros dos efeitos da propagação do sinal devido às camadas da ionosfera e troposfera e o fenómeno de multitrajeto são os que mais se acentuam com discrepâncias na ordem dos metros Kaplan Hegarthy 2006 Assim teremos uma pseudodistância com erros ionosférico 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑒 troposférico 𝛿𝑡𝑟𝑜𝑝𝑒 multitrajeto 𝛿𝑚𝑢𝑙𝑡 e residuais 𝜀𝑃 associados como é possível verificar na seguinte equação Seeber 2003 𝑃𝑟𝑠𝑡𝑟 𝜌𝑡𝑟 𝑐 𝛿𝑡𝑟 𝛿𝑡𝑠 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑒 𝛿𝑡𝑟𝑜𝑝𝑒 𝛿𝑚𝑢𝑙𝑡 𝜀𝑃 28 Figura 22 Erros relevantes associados à propagação do sinal GNSS2 2 Adaptado de NovAtel sd 21 281 Erro ionosférico A camada da ionosfera composta por gases ionizados e localizada entre os 50 km e 1000 km de altitude é um dos fatores que influencia a velocidade de propagação de um sinal eletromagnético rádio levando ao chamado atraso ionosférico Klobuchar 1996 Primeiro devido à quantidade de eletrões livres que atravessa ao longo do seu caminho 𝑛e𝑙 quantificada como Total Electron Content TEC na equação abaixo Xu 2007 segundo pelo facto da ionosfera ser um meio dispersivo de ondas rádio gerando um índice de refratividade que varia com a frequência dos sinais 𝑓 e a velocidade de fase ser diferente da velocidade de grupo Davies 1989 O atraso ionosférico no sinal GNSS 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑓 causado pela propagação na ionosfera em função da frequência é representado pela seguinte equação 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑓 403 𝑇𝐸𝐶 𝑓2 210 A modelação do atraso ionosférico pode no entanto ser simplificada considerando que a quantidade de eletrões livres na diagonal é proporcional à quantidade de eletrões livres medidos verticalmente Vertical Total Electron Content VTEC sendo essa proporção mais conhecida por fator de obliquidade OF Obliquity Factor e a mais utilizada calculada da seguinte forma Klobuchar 1996 𝑇𝐸𝐶 𝑒 𝑂𝐹𝐼 𝑒 𝑉𝑇𝐸𝐶𝑉 211 onde 𝑒 é o ângulo de elevação do satélite relativamente ao utilizador 𝑅 o raio médio da Terra e ℎ𝐼 a altitude média da ionosfera 350 km Gonçalves 2011 A aplicação desta fórmula permite que o atraso ionosférico 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑒 esteja dependente do ângulo de elevação e de um atraso ionosférico vertical 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑧 comum a todos os satélites 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑒 𝛿𝑖𝑜𝑛𝑧 𝑂𝐹𝐼 𝑒 213 𝑇𝐸𝐶 𝑛e𝑙 𝑅 𝑆 𝑑𝑙 29 𝑂𝐹𝐼 𝑒 1 𝑅 𝑠𝑖𝑛 90 𝑒 𝑅 ℎ𝐼 2 12 212 22 282 Erro troposférico A camada da troposfera composta por gases secos e vapor de água que se estende desde a superfície do mar até cerca dos 16 km de altitude é outros dos fatores que influencia a velocidade de propagação de um sinal eletromagnético resultando no atraso troposférico Sprinkler 1996 Ao contrário da ionosfera esta não é dispersiva para as frequências rádio e o seu índice de refratividade não depende da frequência dos sinais Sprinkler 1996 O atraso vertical na troposfera devese a dois fatores Sprinkler 1996 Por um lado o efeito hidrostático devido aos gases secos 𝛿ℎ𝑦𝑑𝑧 responsável por 90 e por outro o vapor de água da atmosfera 𝛿𝑤𝑒𝑡𝑧 responsável pelos restantes 10 representados pelas equações 𝛿ℎ𝑦𝑑𝑧 776 106 𝑃0 𝑇0 ℎ𝑑 5 214 𝛿𝑤𝑒𝑡𝑧 0373 𝑒0 𝑇0 2 ℎ𝑤 5 215 em que 𝑃0 é a pressão total mbar 𝑇0 a temperatura absoluta 𝑒0 a pressão parcial de vapor de água mbar ℎ𝑑 a altitude padrão a que a refratividade devido aos gases secos é nula 43 km e ℎ𝑤 a altitude análoga à anterior mas para o vapor de água 12 km Gonçalves 2011 Assim o atraso troposférico 𝛿𝑡𝑟𝑜𝑝𝑒 tendo em conta estes atrasos anteriores e um fator multiplicativo em função da elevação 𝑒 no mapeamento 𝑚𝑒 de atraso de ambos os gases resulta na equação final seguinte Marreiros 2012 𝛿𝑡𝑟𝑜𝑝𝑒 𝑚ℎ𝑦𝑑𝑒 𝛿ℎ𝑦𝑑𝑧 𝑚𝑤𝑒𝑡𝑒 𝛿𝑤𝑒𝑡𝑧 216 283 Erro multitrajeto O fenómeno de multitrajeto resultante das várias reflexões dos sinais emitidos pelos GNSS nas estruturas na vizinhança do recetor e no solo levam a que cheguem sinais secundários às antenas dos recetores para além do sinal direto reduzindo a razão sinal ruído e gerando um erro face à incapacidade de um recetor distinguir o sinal direto dos refletidos 𝛿𝑚𝑢𝑙𝑡Marreiros2012 De modo a evitar este erro existem métodos físicos como a colocação das antenas longe de superfícies refletoras ou utilização de antenas direcionais assim como métodos 23 de processamento do sinal com os códigos dos sistemas GNSS propositadamente concebidos para terem uma função de autocorrelação praticamente nula para atrasos de código maiores que 450 m Misra Enge 2011 Gonçalves 2011 284 Erro de ruído e outros efeitos nãomodulados Para além das fontes de erro já referidas existem ainda erros residuais com uma ordem de grandeza na ordem dos centímetros que dizem respeito à medição do ruído térmico do recetor que ocupa uma faixa espectral contínua que vai desde 0 Hz até centenas de GHz Marreiros 2012 Juntamente com este os erros de seguimento do código e ainda erros de posição do satélite ou seja erros de efeméride da órbita designadamente imprecisões na localização difundida pelo satélite são agregados resultando numa constante designada 𝜀𝑃 Misra Enge 2011 29 Sistemas de referência geodésica Um sistema de referência geodésico permite localizar espacialmente qualquer objeto relativamente a uma superfície geométrica que se defina para a Terra a partir da adoção de um elipsóide de referência posicionado e orientado em relação a esta Leick et al 2015 Face à evolução tecnológica obtiveramse ganhos de exatidão na definição dos sistemas de referência geodésicos e sob este ponto de vista tanto os organismos e empresas voltadas para a produção cartográfica como os utilizadores de dados georreferenciados utilizam informações baseadas em diferentes sistemas daí a extrema importância em se conhecer as características de cada um deles e que as coordenadas geodésicas de um mesmo ponto variam consoante o sistema de referência utilizado Bahrami Ziebart 2012 Hegarty Chatre 2008 Todos os sistemas de referência em GNSS são do tipo ECEF Earth Centered Earth Fixed um sistema de referência rotativo que envolve um modelo matemático da terra em que as posições dos pontos são expressas em metros e têm pequenas variações temporais devido aos efeitos geofísicos Seeber 2003 Os eixos deste sistema têm origem no centro da Terra e são definidos do seguinte modo EixoX Contém o ponto de intersecção do plano equatorial com o meridiano de Greenwich 24 EixoY Obtido de modo a satisfazer a regra da mãodireita de um sistema tri ortogonal EixoZ Colinear com o eixo de rotação médio da Terra medido entre 1900 e 1905 positivo no sentido Norte 291 Sistema de Referência WGS84 O World Geodetic System 1984 WGS84 é um sistema de referência terrestre desenvolvido pelo DoD dos EUA e utilizado desde 1987 para o sistema de navegação americano GPS Seeber 2003 O facto das efemérides GPS transmitidas estarem ligadas à posição do centro de fase da antena de satélite neste sistema de referência permite que as coordenadas dos recetores sejam expressas na estrutura ECEF National GeospatialIntelligence Agency 2014 A implementação do WGS84 foi realizada a partir de um conjunto de mais de mil locais terrestres com coordenadas obtidas de observações do sistema Transit posteriormente com refinações sucessivas utilizando coordenadas mais rigorosas de estações de monitorização levando a um atual nível de precisão na ordem do centímetro National GeospatialIntelligence Agency 2014 Organização Responsável National GeospatialIntelligence Agency Nome da modelação WGS84 TRS Associado WGS84 Cobertura Global Tipo de modelação 3Dimensional Ortogonal Versão em uso ano WGS84 G1762 2013 Parâmetros do elipsóide Semieixo maior do elipsóide α 6 378 1370 m Fator de achatamento ƒ 1 298257223563 Velocidade angular da Terra ω 7 292 115 x 105 rads Constante gravitacional GM 3 986 004 418 x 105 m3s2 Velocidade da luz no vácuo ϲ 299792458 x 108 ms Tabela 21 Descrição do sistema de referência geodésico americano utilizado pelo GPS3 3 Adaptado de National GeospatialIntelligence Agency 2014 25 292 Sistema de Referência PZ90 O Parametry Zemli 1990 PZ90 é um sistema de referência terrestre utilizado para o sistema de navegação russo GLONASS Military Topographic Department of the General Staff of the Armed Forces of the Russian Federation 2014 O facto das efemérides GLONASS transmitidas estarem ligadas à posição do centro de fase da antena de satélite no sistema de referência PZ90 permite que as coordenadas dos recetores sejam expressas na mesma estrutura ECEF Russian Institute of Space Device Engineering 2008 Em 2001 após uma revisão a este sistema através de uma versão atualizada PZ9011 passou a terse um nível de rigor na ordem do metro aquando da sua transformação para o WGS84 Federal Space Agency 2014 Assim desde o final de 2013 com o plano de modernização GLONASS a implementação deste sistema de referência na informação das efemérides foi modernizado em todos os satélites operacionais GLONASS transmitindo estes em PZ9011 Russian Institute of Space Device Engineering 2008 Organização Responsável Ministry of Defense of the Russian Federation Nome da modelação PZ90 TRS Associado PZ90 Cobertura Global Tipo de modelação 3Dimensional Versão em uso ano PZ9011 2010 Parâmetros do elipsóide Semieixo maior do elipsóide α 6 378 1360 m Fator de achatamento ƒ 1 298257839303 Velocidade angular da Terra ω 7 292 115 x 105 rads Constante gravitacional GM 3 986 004 418 x 105 m3s2 Velocidade da luz no vácuo ϲ 299792458 x 108 ms Tabela 22 Descrição do sistema de referência geodésico russo utilizado pelo GLONASS4 293 Sistema de Referência GTRF O Galileo Terrestrial Reference Frame GTRF é um sistema de referência terrestre desenvolvido pelo Galileo Geodetic Reference Service Provider GRSP para o sistema de navegação por satélite Galileo e será uma concretização independente do 4 Adaptado de Russian Institute of Space Device Engineering 2008 26 International Terrestrial Reference System ITRS ao contrário dos sistemas russo e americano Galileo Geodetic Service Provider sd O GTRF operacional deverá incluir todas as estações de sensores Galileo e estações do International GNSS Service IGS selecionadas para o alinhamento do International Terrestrial Reference Frame ITRF e para a densificação da rede visando melhorar a o rigor na definição do GTRF European Union 2014 De acordo com as exigências do Galileo as diferenças tridimensionais da posição em relação ao ITRF não deverão exceder os 3 cm Galileo Geodetic Service Provider sd Organização Responsável European Space Agency Nome da modelação GTRF TRS Associado ITRS Cobertura Global Tipo de modelação 3Dimensional Ortogonal Versão em uso ano GTRF14v01 2014 Parâmetros do elipsóide Semieixo maior do elipsóide α NA Fator de achatamento ƒ NA Velocidade angular da Terra ω 7 292 115 x 105 rads Constante gravitacional GM 3 986 004 418 x 105 m3s2 Velocidade da luz no vácuo ϲ 299792458 x 108 ms Tabela 23 Descrição do sistema de referência geodésico europeu utilizado pelo Galileo5 294 Sistema de Referência CTRF2000 O China Geodetic Coordinate System 2000 CGCS2000 é um sistema de referência terrestre para posicionamento e vetores de referenciação e está a ser preparado pelo Governo Chinês para o sistema de navegação chinês BeiDou National Academy of Engineering 2012 O CGCS 2000 baseiase num conjunto consistente de constantes e parâmetros de modulação que descrevem o tamanho da Terra compatível com o ITRS National Bureau of Surveying and Geoinformation 2012 O sistema de referência do CGCS 2000 é o China Terrestrial Reference Frame 2000 CTRF 2000 mantido por 28 Continuously Operating Reference Station CORS e mais 5 Adaptado de Galileo Geodetic Service Provider sd 27 de 2500 estações de GPS sendo o sistema geodésico chinês padrão de referência para informações geoespaciais National Bureau of Surveying and Geoinformation 2012 Organização Responsável National Bureau of Surveying and Geoinformation Nome da modelação CTRF 2000 TRS Associado ITRS Cobertura Global Tipo de modelação 3Dimensional Versão em uso ano CTRF 2000 2000 Parâmetros do elipsóide Semieixo maior do elipsóide α 6 378 1370 m Fator de achatamento ƒ 1 298257222101 Velocidade angular da Terra ω 7 292 115 x 105 rads Constante gravitacional GM 3 986 004 418 x 105 m3s2 Velocidade da luz no vácuo ϲ 299792458 x 108 ms Tabela 24 Descrição do sistema de referência geodésico chinês utilizado pelo BeiDou6 210 Interoperabilidade A interoperabilidade é definida pelo International Committee on GNSS ICG como a capacidade dos sistemas de navegação por satélite globais e regionais aumentarem e providenciarem os seus serviços para que possam ser utilizados em conjunto fornecendo melhores capacidades ao nível de utilizador do que seria possível dependendo exclusivamente de sinais livres de um só dos sistemas United Nations 2010 Aliado a este facto novos e modernos sistemas de navegação têm sido anunciados na última década com o objetivo de colmatar a carência de desempenhos no recetor alvo de um único sistema especialmente em condições desafiadoras como é o caso dos ambientes urbanos Hein 2006 O surgimento e modernização do GNSS implicam discussões no que diz respeito à compatibilidadeinteroperabilidade dos diferentes serviços prestados pelos sistemas Gianni Fuchs Simone Lisi 2012 Assim encontramonos perante dois níveis de avaliação diferentes de interoperabilidade a nível do sistema e a nível do sinal Ao nível do sistema a interoperabilidade é vista como a capacidade dos sistemas fornecerem a mesma solução autónoma considerando já as respetivas restrições de desempenho United Nations 2012 Os recetores GNSS devem ser redundantes e 6 Adaptado de National Bureau of Surveying and Geoinformation 2012 28 concebidos para serem interoperáveis ao nível do sistema e serem capazes de fornecer a mesma solução de navegação utilizados isoladamente Hein 2006 No que se refere à interoperabilidade ao nível do sinal esta é conseguida quando os sinais fornecidos pelos diferentes sistemas são semelhantes o suficiente de modo a permitir serem captados pelos recetores e utilizados para o cálculo da solução Portanto para que exista interoperabilidade é necessário considerar os seguintes fatores Hein 2006 Sistemas de referência geodésica Depende do sistema de coordenadas usado para posicionamento dos satélites sendo necessário garantir a conversão com o rigor suficiente entre sistemas de referência de coordenadas diferentes Tempo de referência Apesar do sistema de referência do tempo padrão internacional ser o Universal Time CoordinatedTemps Atomic International UTCTAI cada um dos sistemas possui o seu tempo daí os fornecedores dos serviços acordarem em transmitir a diferença de tempo existente Utilização da mesma frequência A utilização da mesma banda de frequências por diferentes sistemas tem um grande impacto positivo na redução da complexidade e no custo do recetor Assim os sistemas são considerados interoperáveis a este nível aquando do emprego da mesma banda de frequências SignalinSpace SIS Os aspetos da conceção do sinal GNSS como a modulação estrutura ou tipo de códigos não afetam a interoperabilidade Figura 23 Interoperabilidade a nível de utilização da banda de radiofrequências7 7 Adaptado de Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 29 Capítulo 3 Global Positioning System O Global Positioning System GPS é um sistema de navegação por satélite desenvolvido pelo DoD dos EUA que utiliza uma constelação de satélites posicionada em órbitas do tipo MEO projetado com o objetivo de fornecer serviços fiáveis de posicionamento navegação e medição do tempo para utilizadores militares e civis numa base contínua global por intermédio da transmissão de sinais na banda L para um recetor Federal Aviation Administration 2015b O conceito GPS apareceu em 1973 quando o DoD decidiu desenvolver um sistema de navegação por satélite baseado no seu sistema anterior o Transit para utilização militar Federal Aviation Administration 2014b Em 1977 foram realizados os primeiros testes com um recetor utilizando pseudosatélites e o primeiro satélite operacional GPS foi lançado em 1978 Em 1993 o sistema atingiu a constelação nominal de 24 satélites no mesmo ano em que foi decidido disponibilizar o sinal para utilização civil Aeronautics and Space Engineering Board National Research Council 1995 Thuy 2015 Em 1995 foi atingida a Full Operational Capability FOC do sistema com os satélites da primeira geração US Coast Guard Navigation Center 1995 Cinco anos mais tarde e já com a segunda geração a ser lançada para a órbita com a nova capacidade de degradação intencional e seletiva do sinal Selective Availability SA que distinguia o posicionamento militarautorizado do civil Em Maio de 2000 foi declarada a desativação da SA por parte do presidente americano da altura Bill Clinton e que viria a permitir no futuro melhorar a precisão e rigor dos utilizadores civis National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2013a Em 2007 foi anunciada a decisão que a próxima geração de satélites GPS não possuiria o SA e deste modo eliminaria a incerteza existente quanto a este assunto por parte da comunidade de utilizadores internacional Office of the Press Secretary 2007 31 Segmento Espacial A constelação nominal base GPS é constituída no mínimo por 213 satélites operacionais 21 satélites ativos e 3 de reserva distribuídos em 6 planos orbitais perfazendo um total de 4 por cada um deles com uma inclinação de 55º em relação ao equador e com a longitude do nó ascendente separada por 60º de plano para plano Existe uma reposição da posição do satélite em cada plano orbital sendo o sistema capaz de 30 suportar uma constelação de até 30 satélites em órbita Federal Aviation Administration 2014f Os satélites GPS operam em órbitas aproximadamente circulares com uma excentricidade inferior a 001º e um semieixo maior de 26560 km correspondente a uma altitude de 20180 km referente a uma MEO National Coordination Office for Space Based Positioning 2015d Os satélites possuem um período orbital de 11 h 58 m 12 h siderais o que significa que para um observador estacionário o mesmo satélite é visível no mesmo ponto do céu a cada dia sideral US Air Force 2010 311 Constelação de Satélites A construção dos satélites GPS evoluiu com o tempo apresentando cada geração características similares entre si designadas por block as seguintes configurações Block I Satélites de Desenvolvimento para Navegação Foram enviados para a órbita onze destes satélites entre 1978 e 1985 sem a SA Tinham a capacidade de fornecer o serviço de posicionamento por 3 ou 4 dias sem qualquer contacto com o segmento de controlo perante um tempo de vida útil previsto de 4 anos e meio e alguns chegaram aos 10 United States Naval Observatory 1996 Block II e IIA Satélites Operacionais Foram enviados para a órbita 28 destes satélites a partir de 1989 estando ainda alguns operacionais Têm a capacidade de fornecer o serviço de posicionamento por 180 dias sem qualquer contacto com o segmento de controlo perante um tempo de vida útil previsto de 7 anos e meio Desde 1990 foi utilizada uma versão melhorada Block IIA com capacidade de comunicação mútua United States Naval Observatory 2015 Block IIR Satélites Operacionais Substitutos R Replenishment O primeiro destes satélites foi enviado para a órbita em 1997 de modo a perfazer um conjunto de vinte satélites do Block II ao qual se pode adicionar pelo menos mais seis Têm a capacidade de fornecer o serviço de posicionamento mais de seis meses sem qualquer contacto com o segmento de controlo e sem privar do rigor das efemérides perante um tempo de vida útil previsto de 10 anos Estes satélites podem determinar as suas próprias órbitas calcular a mensagem de navegação e 31 medir distâncias entre eles transmitindo dados para outros satélites ou segmento de controlo United States Naval Observatory 2015 Block IIRM Satélites Modernizados M Modernized Com características semelhantes às do Block IIR o primeiro destes satélites foi enviado para a órbita em 2005 e é composto por um total de oito acrescentando um novo sinal militar e o mais robusto sinal civil L2C United States Naval Observatory 2015 Block IIF Satélites Operacionais de Acompanhamento F Followon Com características semelhantes às do Block IIR o primeiro destes satélites foi enviado para a órbita em 2010 e inclui o terceiro sinal civil na banda L5 perante um tempo de vida útil previsto de 12 anos acrescentando sistemas de navegação inercial United States Naval Observatory 2015 Los Angeles Air Force Base 2014b 312 Satélites de Navegação GPS No anexo A consta uma lista com todos os satélites de navegação GPS que já foram lançados assim como informação do lançamento e o estado atual da constelação 32 Segmento de Controlo O Operacional Control Segment OCS começou a ser operado em 1985 constituído por cinco estações de monitorização quatro antenas terrestres para upload e o Operational Control Center OCC National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015b Atualmente é constituído por quatro grandes subsistemas o Master Control Station MCS o Backup Master Control Station BMCS doze Ground Antenna GAs e uma rede de dezasseis Monitor Station MSs globalmente distribuídas responsável pelo funcionamento apropriado do sistema Federal Aviation Administration 2014c 321 Master Control Stations Localizada em Colorado Springs a MCS é o elemento central do sistema de controlo e monitorização do funcionamento do GPS que processa as medições recebidas pelas MS e tem responsabilidade por todos os aspetos de comando e controlo da constelação Misra Enge 2011 32 322 Monitor Stations As MS estão distribuídas de forma uniforme por todo o planeta e equipadas com relógios atómicos padrão e recetores GPS Estas estações adquirem continuamente dados de todos os satélites visíveis Os dados obtidos são então enviados para a MCS onde são processados para estimar as órbitas e os erros de relógio dos satélites para gerar a mensagem de navegação e outros parâmetros do sistema National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015b A fim de melhorar o desempenho e rigor foram incorporadas novas estações entre 2001 e 2006 o que permitiu uma melhor cobertura de visibilidade da constelação Com esta configuração cada satélite é visto permanentemente a partir de pelo menos 3 estações de monitorização o que permite melhorar o cálculo das órbitas e os dados de efemérides e por conseguinte melhorar o rigor do sistema 323 Ground Antenna As GA estão colocalizadas em quatro das MS A comunicação das GA com os satélites efetuase na banda S para transmissão e atualização das efemérides e informações de correções de relógio transmitidas com a mensagem de navegação bem como informação de telemetria e comando a partir das MCS National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015b Esta informação pode ser adquirida por cada satélite 3 vezes por dia ou seja a cada 8 horas apesar de geralmente ser feita apenas uma vez NASA Earth Observatory sd 33 Segmento de Utilizador Uma vez o sinal adquirido e iniciado o seu seguimento pela antena o recetor descodifica a mensagem de navegação e estima a posição do utilizador US Coast Guard Navigation Center 2014 Além da posição e velocidade devido a um grande número de atividades económicas como telemóveis redes de energia elétrica ou financeiras que dependem da referência de tempo para a sincronização e eficiência operacional os recetores GPS permitem determinar o tempo com alta precisão sem a necessidade de utilizar relógios atómicos dispendiosos Federal Aviation Administration 2014g 33 331 Serviços O GPS fornece dois serviços de posicionamento diferentes o Standard Positioning Service SPS e o Precise Positioning Service PPS num código modulado utilizando a técnica CDMA 3311 Standard Positioning Service O SPS é um serviço de posicionamento e tempo fornecido através dos sinais nas frequências GPS L1 L2 e L5 transmitidos por todos os satélites que contém o código de CoarseAcquisition CA e o código Civil C com uma mensagem de dados de navegação que está disponível para uso civil comercial e científico Grimes 2008a 3312 Precise Positioning Service O PPS é um serviço de posicionamento e tempo fornecido através do acesso autorizado aos sinais que são transmitidos nas frequências GPS L1 e L2 A frequência L1 transmitida por todos os satélites contém o código de CoarseAcquisition CA com uma mensagem de dados de navegação que está disponível para uso civil comercial e científico e o código Precision P alterado criptograficamente para se tornar no código Y com uma mensagem de dados de navegação disponível apenas para utilizadores com chaves criptográficas válidas Estes satélites transmitem ainda um segundo código P ou Y P Y com uma mensagem de dados de navegação na frequência L2 reservado para utilização militar e de utilizadores civis autorizados Grimes 2007 De forma a restringir o acesso de utilizadores civis à precisão do sistema completo foram assim introduzidas as seguintes proteções Selective Availability SA Federal Aviation Administration 2014e Resulta numa degradação intencional do relógio do satélite com impacto direto nas pseudodistâncias calculadas pelos recetores e na manipulação das efemérides omitindo as informações relacionadas com as órbitas National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2013a Estes dois efeitos em conjunto levam à degradação do posicionamento horizontal Conforme referido atrás a SA foi desativada em Maio de 2000 AntiSpooffing AS NovAtel 2013 Consiste num código P encriptado combinado com um código secreto W dos quais resulta um código Y modulado 34 ao longo das duas emissões L1 e L2 permitindo protegelo para que possa ser utilizado apenas por recetores autorizados e simultaneamente evitar a possível falsificação do sinal que poderia confundir os recetores militares A utilização de AS não impede os utilizadores de tirar partido do código CA Os utilizadores autorizados que recebem as chaves de encriptação para acesso ao PPS no seu recetor obtêm o máximo rigor do GPS enquanto o mesmo recetor que não for incitado com essas chaves válidas poderá ainda assim funcionar como um recetor SPS 332 Configuração do Sinal O GPS utiliza a técnica CDMA para enviar os diferentes sinais atuais na mesma frequência e o método de modelação BPSK para as bandas L1 e L2 do código CA e P Y e o método BOC para as bandas L1 e L2 militaresencriptadas do código M Ávila Rodríguez 2008 A banda L1 GPS é a mais importante para fins da navegação dado que a maioria das aplicações compreende os sinais transmitidos nessa frequência Ávila Rodríguez 2008 Existem atualmente três sinais transmitidos pelo GPS nesta frequência e um futuro sinal civil L1C que será transmitido com modelação MBOC Código PRN CA P M L1CI L1CQ Frequência central 157542 MHz Banda Frequência L1 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Data Data NA Data Piloto Modulação BPSK 1 BPSK 10 BOCsin105 MBOC 61111 Frequência do código 1023 MHz 1023 MHz 5115 MHz 1023 MHz Tipo Serviço SPS PPS PPS SPS Velocidade dos dados 50 bps 50 bps NA 50 bps Tabela 31 Características do sinal L1 GPS8 A banda L2 GPS transmitida possuirá um sinal civil modernizado conhecido como L2C juntamente com os existentes que terá um período de transição do código CA para L2C no qual poderão ocorrer configurações mistas Ávila Rodríguez 2008 Além disso 8 Adaptado de Misra Enge 2011 35 os Blocks IIRM e IIF serão detentores de um sinal adicional subdividido no código L2 CM e no código L2 CL de modo que a velocidade seja duas vezes mais elevada Código PRN P M L2 CM L2 CL Frequência central 122760 MHz Banda Frequência L2 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados NA Dados Piloto Modulação BPSK 10 BOCsin105 BPSK 1 Frequência do código 1023 MHz 1023 MHz 1023 MHz Tipo Serviço PPS PPS SPS SPS Velocidade dos dados 50 bps NA 25 bps Tabela 32 Características do sinal L2 GPS 9 A banda GPS L5 será emitida pela primeira vez a bordo dos satélites IIF com a frequência modulada em quadratura de fase em dois canais o canal de dados com o código em base e o canal piloto com o código em quadratura de fase Ávila Rodríguez 2008 Código PRN L5I L5Q Frequência central 117645 MHz Banda Frequência L5 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Piloto Modulação BPSK 10 BPSK 10 Frequência do código 1023 MHz Tipo Serviço SPS Velocidade dos dados 50 bps Tabela 33 Características do sinal L5 GPS10 333 Performance Os níveis de desempenho que os utilizadores podem esperar do GPS são especificados no Standard Positioning Service Performance Standard SPSPS e no Precise Positioning Service Performance Standard PPSPS no entanto os valores fornecidos 9 Adaptado de Misra Enge 2011 10 Adaptado de Misra Enge 2011 36 por estes documentos são muitos conservativos sendo os desempenhos atuais no modo de operação usualmente melhores do que esses valores oficiais Nagle 2009 3331 Performance dos Serviços GPS Em geral os padrões de desempenho do PPS estão em linha com os do SPS Algumas vantagens do serviço PPS em relação ao serviço SPS são o acesso a atualizações e correções rápidas das efemérides Wide Area GPS Enhancements WAGE e a utilização de dupla frequência para corrigir o atraso sofrido pelo sinal na sua transmissão o que implica uma melhoria de desempenho significativa Num recetor autónomo que utiliza os sinais recebidos dos satélites GPS em SPS o rigor com um nível de confiança de 95 é Grimes 2008b Posicionamento horizontal 4 8 m Posicionamento vertical 10 15 m Tempo 40 ns 3332 Performance dos Serviços Combinados Apesar da interoperabilidade com outros GNSS técnicas mais avançadas tais como o Real Time Kinematic RTK ou o Precise Point Positioning PPP podem providenciar desempenhos na ordem de alguns centímetros existindo ainda outras formas de melhorar a solução de posicionamento como sistemas de aumento GNSS que asseguram a sua integridade ou através de DGNSS melhorando a precisão para a ordem de 1 m Rietdorf Daub Loef 2006 34 Futuro e Evolução No decorrer dos anos 90 surgiram uma série de aplicações GPS civis e comerciais e com estas também outros sistemas GNSS começaram a surgir National Coordination Office for SpaceBased Positioning Navigation and Timing 2014 Com o intuito de manter a crescente demanda e manterse competitivo internacionalmente o governo americano comprometeuse com um programa de modernização a longo prazo visando melhorar o desempenho dos serviços GPS incluindo maior robustez na resistência a interferências atualizando os segmentos espacial e de controlo com novos recursos nos quais se incluem os novos sinais Federal Aviation Administration 2014d 37 341 Segmento Espacial Dado a constelação GPS ser uma mistura de novos e antigos satélites a nova geração em desenvolvimento como parte do programa de modernização inclui e incluirá os seguintes tipos de satélites US Air Force 2006 National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015d Block IIRM Parte de uma versão atualizada do Block IIR estes satélites trouxeram melhorias das quais se destacam o segundo sinal civil L2C para a melhoria do desempenho em aplicações comerciais os dois novos sinais militares oferecendo maior resistência a jamming e nível de potência flexível para sinais militares Los Angeles Air Force Base 2014a Block IIF Expandindo as capacidades do Block IIRM incluirá um total de doze satélites dos quais dez se encontram já em órbita que fornecerão precisão intensidade de sinal e qualidade ao GPS Para tal as suas principais melhorias foram o acréscimo de um terceiro sinal civil L5 para responder ao requerimentos da navegação aérea e para a segurança de transportes e os relógios atómicos extremamente precisos para manter o tempo dentro de 8 bilionésimos de segundo por dia Los Angeles Air Force Base 2014b Block III Com prazo previsto para o primeiro lançamento em 2016 o Block III é o futuro dos satélites GPS que irá fornecer sinais mais potentes além duma maior fiabilidade do sinal rigor e integridade para os serviços de precisão navegação e tempo dos quais se inclui o Distress Alerting Satellite System DASS para busca e salvamento e as ligações cruzadas para o rápido comando e controlo e redução dos anos dos dados Estando previsto inicialmente oito satélites que trarão o quarto sinal civil L1C para interoperabilidade e a extensão para 15 anos de vida útil do projeto As futuras versões contarão com aumento das capacidades para atender às demandas de utilizadores militares e civis Los Angeles Air Force Base 2014c 342 Segmento de Controlo No que diz respeito a este segmento o novo Operational Control Segment que substituirá o atual OCS segundo a Raytheon fornecerá segurança precisão e 38 fiabilidade na navegação e informação de tempo para apoiar eficazmente utilizadores militares civis e comerciais Irá incluir suporte avançado de lançamento espacial aumentando a consciência situacional para os operadores GPS e suporte para blocks de satélites futuros com capacidade avançadas para os novos sinais capacidades NAVWAR e ligações de alta velocidade e transmissões de dados adicionais Colo Aurora 2011 Estas capacidades NAVWAR permitirão uma proteção fidedigna por parte dos EUA e dos países aliados contra interferências nos sinais GPS e minimizar a sua utilização por parte de forças hostis Com capacidades dedicadas apoiará o planeamento avançado de missões do DoD estando projetado em três fases Los Angeles Air force Base 2007 Fase 0 Lançamento dos satélites Block III e verificação e introdução de todas as capacidades do sinal de navegação L2C Fase 1 Suporte da transição o novo OCS que iniciará o serviço em 2018 Fase 2 Apoiar monitorizar e controlar sinais de navegação incluindo L1C e L5 343 Segmento de Utilizador O primeiro passo para a modernização do GPS em termos deste segmento iniciouse formalmente em Maio de 2000 com a desativação do SA pelo DoD acabando com a degradação intencional do sinal melhorando a precisão do GPS civil em cerca de dez vezes com benefício para os utilizadores civis e comerciais em todo o mundo National Coordination Office for SpaceBased Positioning Navigation and Timing 2012 Em termos de melhorias para o futuro a maioria dos novos sinais estão em fase gradual de implementação com os novos satélites GPS lançados para substituir os antigos e serão de uso limitado até estes serem permutados dos 18 para os 24 satélites Destinado a aperfeiçoar o desempenho dos utilizadores civis o programa de modernização irá introduzir para utilização civil os sinais L2C L5 e L1C como referido anteriormente e o sinal L1 CA continuamente transmitidos para permitir um total de quatro sinais civis da seguinte forma National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015a L1C Projetado para ser interoperável com o sistema Galileo será compatível com o sinal civil atual L1 e inclui um projeto avançado para completar o seu desempenho em ambientes adversos Outros sistemas de navegação por satélite 39 estão igualmente a adotar e projetar planos para transmissão deste sinal como futuro padrão para a interoperabilidade internacional National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015a L2C Permitir o desenvolvimento de recetores de dupla frequência que corrijam o atraso ionosférico conferindo maior fiabilidade face às correções com a utilização de dois tipos de sinais Fontana Cheung Stansell 2001 Com um poder efetivo maior que o do sinal L1 CA facilita a receção em condições mais adversas estando a sua plena capacidade disponível prevista para 2016 Air Force Space Command 2013 L5 Para futura transmissão destinada à segurança da aviação combinado com o sinal L1 CA melhorará o rigor através da correção ionosférica e a robustez por meio da redundância Fornecerá serviços aos utilizadores a nível global aumentando o nível de receção em comparação com os existentes não esquecendo da sua interoperabilidade com outros sistemas GNSS Air Force Space Command 2013 344 Interoperabilidade Com os novos e melhorados sistemas globais e regionais de navegação por satélite a emergirem a interoperabilidade continua a ser a chave para o futuro do GNSS daí a cooperação internacional em termos de navegação por satélite ser uma prioridade para o governo americano em termos bilateral com a Europa Japão Índia e Rússia e em termos multilateral com organizações como o International Committee on Global Navigation Satellite Systems IGC a International Maritime Organization IMO ou a International Civil Aviation Organization ICAO National Coordination Office for SpaceBased Positioning 2015c Mai International 2012 É desta forma que o sistema GPS têm vindo a ser melhorado em cada um dos seus segmentos de modo a garantir características técnicas apropriadas a este fim como por exemplo a inclusão dos novos sinais para permitir reforçar a interoperabilidade 40 41 Capítulo 4 GLobalnaya NAvigationnaya Sputnikovaya Sistema O GLobalnaya NAvigationnaya Sputnikovaya Sistema GLONASS é um sistema de navegação por satélite desenvolvido pela antiga União Soviética que utiliza uma constelação de satélites posicionada em órbitas do tipo MEO projetado com o objetivo de fornecer serviços fiáveis de posicionamento navegação e medição do tempo para utilizadores militares e civis numa base contínua global por intermédio da transmissão de sinais na banda L para um recetor GLobal NAvigation Satellite System sdb O desenvolvimento do GLONASS começou em 1976 com o objetivo de atingir uma cobertura global até 1991 Este sistema operado pelo Coordination Scientific Information Centre KNIT do Ministry of Defense of the Russian Federation é a segunda geração de sistemas de navegação por satélite russos baseado no seu sistema anterior Tsikada para utilização militar Oleynik 2012 Desde 1996 por proposta da Federação Russa o GLONASS passou a ser reconhecido pela IMO e pela ICAO Russian Space Systems 2015b A constelação de satélites esteve completamente preenchida em 1995 mas o sistema acabou por cair rapidamente em decadência devido ao colapso da economia russa e a substituição dos satélites já em órbita não ocorreu tendo atingido o mínimo de oito satélites em 2001Encyclopedia Astronautica sda De forma a conseguir condições de desenvolvimento e trabalho ininterruptas até 2008 2009 a Federação Russa conseguiu repor o mínimo de 18 satélites operacionais necessários em órbita tendo apenas atingido a constelação completa de 24 satélites operacionais no ano de 2012 ICAO Russian Space Systems 2015a 41 Segmento Espacial A constelação nominal base GLONASS é constituída no mínimo por 213 satélites operacionais 21 satélites ativos e 3 de reserva distribuídos em 3 planos orbitais perfazendo um total de 8 por cada um deles com uma inclinação de 648º em relação ao equador e com a longitude do nó ascendente separada por 120º de plano para plano NovAtel sd O sistema assegura uma boa cobertura nas latitudes polares devido à elevada inclinação das suas órbitas quando comparado com o GPS GLobal NAvigation Satellite System 42 Os satélites GLONASS operam em órbitas aproximadamente circulares com uma excentricidade aproximada de 001º e um semieixo maior de 25510 km correspondente a uma altitude de 19140 km referente a uma MEO GLobal NAvigation Satellite System sdb Os satélites possuem um período orbital de 11 h 15 m 11 h e 17 m siderais o que significa que os satélites repetem a geometria a cada oito dias siderais NovAtel sd 411 Constelação de Satélites A qualidade e as técnicas de construção dos satélites GLONASS foi evoluindo tal como a do GPS Cada geração de satélites foi lançada ao longo de um determinado intervalo de tempo e com particularidades similares entre si com as seguintes características Federal Space Agency sdc GLONASS Uragan A primeira geração de satélites enviada para a órbita entre 1982 e 2005 sendo que os primeiros enviados até 1985 referentes ao Block I eram protótipos e foram projetados para durar apenas 1 ano Os restantes divididos nos Block IIa Block IIb e Block IIv com a diferença entre eles no tempo de vida útil que variava entre os 2 e os 3 anos apesar de muitos terem chegado aos 4 possuíam 3 eixos estabilizados melhorando a transmissão da frequência e eram equipados para serem recolocados na constelação ICAO Russian Space 2015b GLONASSM UraganM A segunda geração de satélites desenvolvida a partir de 1990 e com o primeiro a ser enviado para testes em 2001 tem um tempo de vida útil de 7 anos como resultado do sistema de propulsão e das melhorias na estabilidade dos relógios A característica mais marcante foi a inclusão de um segundo sinal civil na banda G2 para além da determinação mais precisa da órbita e de tentar alcançar a interoperabilidade com outros sistemas de navegação por satélite No ano transato a Rússia colocou em órbita um satélite desta geração capaz de transmitir sinais na banda de frequência G3 ao contrário dos planos iniciais em que esta apenas seria transmitida pelos satélites de terceira geração Federal Space Agency sdb Inside GNSS 2014b GLONASSK UraganK A terceira geração de satélites desenvolvida a partir de 2003 e com o primeiro a ser enviado para testes em 2011 terá um tempo de vida útil de 10 anos e um peso inferior aos restantes o que permitirá o lançamento 43 de dois satélites em simultâneo A característica mais marcante destes satélites será a inclusão de uma nova banda passando o sistema a dispor de sinais de navegação adicionais nas frequências G1 e G2 para além de incluir sinais CDMA juntamente com os FDMA Federal Space Agency sdc 412 Satélites de Navegação GLONASS No anexo A consta uma lista com todos os satélites de navegação GLONASS que já foram lançados assim como informação do lançamento e o estado atual da constelação 42 Segmento de Controlo O segmento de controlo GLONASS é constituído por seis grandes subsistemas o System Control Center SCC uma rede de cinco Telemetry Tracking and Command TTC três Uplink Station ULS e uma rede de quatro Monitor Station MS com mais seis adicionais duas estações Central Clock CCM e duas Laser Tracking Station SLR responsável pelo funcionamento apropriado do sistema à semelhança do GPS GLobal NAvigation Satellite System sdb Uma desvantagem neste segmento quando comparado com o GPS reside na falta de uma cobertura global de estações terrestres do sistema GLONASS a qual poderá causar atrasos na deteção de anomalias existentes nos satélites e inviabiliza que a atualização de dados seja mais consistente 421 System Control Centre Localizada em Krasnoznamensk o SCC providencia a função de telemetria telecomando e controlo processa as medições recebidas pelas TTC sendo responsável por todos os aspetos de controlo e gestão da constelação de satélites United Nations 2010 422 Command and Tracking Station Compostas por uma rede principal de cinco estações TTC distribuídas por todo o território russo a CTS Command and Tracking Station acompanha e adquire continuamente dados de todos os satélites visíveis a partir das suas localizações GLobal NAvigation Satellite System sdb Os dados obtidos são então enviados para o SCC onde são processados para estimar as órbitas e os erros de relógio dos satélites para gerar a mensagem de navegação e outros parâmetros do sistema Encyclopedia Astronautica 44 sda Após estes procedimentos os dados são transmitidos para os satélites através das ULS da mesma forma que permutam informação de controlo aos mesmos 423 Laser Range Station Face à alta precisão dos alcances laser a utilização das SLR como fonte única de calibração de dados na determinação das efemérides proporcionam a solução de problemas de estimativa da precisão e calibração das radiofrequências principais para medição da órbita monitorização dos relógios de bordo e utilização de dados para controlo operacional do tempo e das efemérides e ainda usar as coordenadas dessas estações como base de referência geodésica do GLONASS Baryshnikov Shargorodsky Vasiliev 2010 43 Segmento de Utilizador Uma vez o sinal adquirido e iniciado o seu seguimento pela antena o recetor descodifica a mensagem de navegação e estima a posição do utilizador de uma forma semelhante à descrita anteriormente para um recetor genérico United Nations 2010 431 Serviços O GLONASS fornece serviços através de sinais de navegação Standard Precision SP e High Precision HP com recurso respectivamente ao Channel Standard Accuracy CSA e ao Channel High Accuracy CHA Roßbach 2000 Durante uma cimeira decorrida no ano de 2005 entre o primeiroministro indiano Manmohan Singh e o presidente russo Vladimir Putin foi acordado que a Índia iria repartir alguns custos de desenvolvimento da terceira geração de satélites em troca do acesso ao sinal HP India Post 2010 Assim em 2010 foi assinado o acordo de partilha colocando a Índia como o país pioneiro com o acesso ao sinal militar GLONASS 4311 Standard Precision O sinal do serviço SP projetado para o uso civil também conhecido pelo código CA era transmitido inicialmente apenas na banda G1 porém com a modernização do sistema GLONASS mais propriamente com lançamento da segunda geração de satélites esta trouxe um segundo sinal civil na banda G2 que permite anular a refração ionosférica Roßbach 2000 Atualmente com o primeiro satélite de terceira geração já em órbita 45 com um terceiro sinal civil na banda G3 está também disponível para este serviço para os utilizadores civis 4312 High Precision O sinal do serviço HP é transmitido em ambas as bandas G1 e G2 em quadratura de fase com o sinal SP partilhando a mesma portadora Mais conhecido pelo código P Precision uma vez que se trata de um código especial modulado disponibilizado para utilizadores militaresautorizados os operadores do sistema reservam o direito de o alterarem no futuro caso seja necessário Langley 2011 432 Configuração do Sinal O GLONASS utiliza a técnica FDMA para enviar os sinais atuais em frequências diferentes e o método de modelação BPSK para ambas as bandas L1 e L2 também designadas G1 e G2 Ávila Rodríguez 2008 A banda G1 GLONASS tal como a GPS é a mais importante para fins da navegação Existem atualmente dois sinais transmitidos pelo GLONASS nesta banda a G1 do código CA e a G1 do código P e futuramente contará com novos sinais para esses mesmos códigos Ávila Rodríguez 2008 Código PRN CA P CA P Frequência central 1598 1606 MHz 1593 1610 MHz 1600995 MHz 157542 MHz Banda Frequência G1 Técnica de acesso FDMA CDMA Componente do sinal Dados Dados Dados Dados Modulação BPSK 0511 BPSK 511 BPSK 1 BOC 5 2 Frequência do código 0511 MHz 511 MHz 1023 MHz 2046 MHz Tipo Serviço SP HP SP HP Velocidade dos dados 50 bps 50 bps 50 bps 50 bps Tabela 41 Características do sinal G1 GLONASS11 A banda G2 GLONASS transmitida inicialmente apenas pelo serviço HP e posteriormente pelo serviço SP com a segunda geração de satélites GLONASS permitiu obter uma determinação mais precisa das órbitas anular a refração ionosférica para além 11 Adaptado de NovAtel sd 46 de ter aberto portas para a interoperabilidade com outros sistemas Comparado com o sinal G1 também esta possui dois sinais transmitidos nesta banda para o código CA e P Futuramente contará também tal como o G1 com novos sinais para ambos códigos com a geração de satélites GLONASSKM Ávila Rodríguez 2008 Código PRN CA P CA P Frequência central 1242 1249 MHz 1237 1254 MHz 124806 MHz Banda Frequência G2 Técnica de acesso FDMA CDMA Componente do sinal Dados Dados Dados Dados Modulação BPSK 0511 BPSK 511 BPSK 1 BOC 5 2 Frequência do código 0511 MHz 511 MHz 1023 MHz 2046 MHz Tipo Serviço SP HP SP HP Velocidade dos dados 50 bps 50 bps 50 bps 50 bps Tabela 42 Características do sinal G2 GLONASS12 A banda GLONASS G3 foi transmitida pela primeira vez pelos satélites GLONASS K pelo serviço SP com a frequência modulada em quadratura de fase em dois canais o canal de dados e o canal piloto e posteriormente será também transmitida no serviço HP A configuração do sinal de entre os quatro cenários possíveis é expectável que seja a referida na tabela abaixo Ávila Rodríguez 2008 Código PRN CA P Frequência central 1202025 MHz 120714 MHz Banda Frequência G3 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Dados Modulação QPSK 10 QPSK 10 Frequência do código 1023 MHz Tipo Serviço SP HP Velocidade dos dados 100 bps 100 bps Tabela 43 Características do sinal G3 GLONASS13 12 Adaptado de NovAtel sd 13 Adaptado de NovAtel sd 47 433 Performance Ao contrário do GPS que dispõe de informação dos níveis de desempenho para o GLONASS não existe nenhum documento que esclareça sobre os seus serviços porém a comparação da precisão fornecida pelo SDCM mostrou que este é ligeiramente menos rigoroso que o GPS Russian System of Differentional Correction and Monitoring 2015 4331 Performance dos Serviços GLONASS Ainda que os desempenhos a nível de disponibilidade sejam insatisfatórios dado o reduzido número de satélites juntamente com o seu segmento de controlo que era delimitado apenas ao território russo com a modernização de ambos os segmentos incluindo novas estações de monitorização algumas delas fora da Rússia e o aumento do número de satélites na constelação levaram a uma cobertura quase global e uma disponibilidade total no território russo Sputnik News 2015 A nível de rigor e já com o seu próprio sistema de aumento disponível desde 2012 o SDCM o rigor progrediu em relação à existente até à altura passando para os seguintes valores num recetor autónomo GLONASS em SP com um nível de confiança de 95 Alexey 2014 Posicionamento horizontal 5 9 m Posicionamento vertical 10 15 m Tempo 40 ns 4332 Performance dos Serviços Combinados Utilizando o GLONASS combinado com o GPS face ao aumento do número de satélites operacionais tornase relevante em termos de disponibilidade principalmente em ambientes urbanos onde a presença de grandes edifícios conduz frequentemente à sombra do sinal culminando num maior rigor no posicionamento GLobal NAvigation Satellite System sda Para além do referido a combinação dos sistemas independentes irá conduzir a um nível exigido de redundância para aplicações que requerem uma solução de backup total protegendoas no caso do sistema principal falhar 48 44 Futuro e Evolução O governo da Federação Russa reconhecendo o sistema de navegação por satélite como uma prioridade aprovou em 2001 um programa no âmbito dos Global Navigation System GNS com o objetivo de melhorar a arquitetura do sistema GLONASS Russian Federation 2003 Atualmente o objetivo do programa é garantir que os desempenhos sejam semelhantes aos do GPS colmatando os fatores que o impedem de atingir esse ponto ICAO Russian Space 2015a Com um projeto aprovado até 2020 o sistema está programado para ter todos os satélites a transmitirem tanto os novos sinais como os já existentes 441 Segmento Espacial A modernização do segmento espacial GLONASS começou com a segunda geração de satélites e o seu desenvolvimento daqui em diante inclui e incluirá o seguinte GLONASSM Segunda Geração Enviado para a órbita para substituir os satélites mais antigos dispõe de bytes reservados na mensagem de navegação para fornecer divergências de escalas de tempo do GPS e GLONASS autenticidade válida no âmbito da navegação e duração da informação dos dados ICAO Russian Space 2015c Os novos filtros instalados nestes satélites permitirão a redução das emissões outofband e o aumento da estabilidade dos relógios de bordo GLONASSK Terceira Geração Transmitirão novos sinais civis para além dos atuais em FDMA nas bandas G1 e G2 e com a integridade de informação GNSS transmitida num terceiro sinal civil e global G3 com efemérides diferenciais e correções de tempo ambos com recurso à técnica CDMA ao contrário dos restantes sinais GLobal NAvigation Satellite System sdb GLONASSKM Quarta geração Programado para ser enviado para a órbita para depois de 2017 estes novos satélites poderão também transmitir novos sinais CDMA na banda G1 e G5 e sinais FDMA na banda G3 trazendo vantagens a nível do tempo de vida útil e da potência do sinal ICAO Russian Space 2015d Está ainda a ser estudada a alternativa para a presente constelação com os seus três planos orbitais igualmente espaçados mas que exigiria que os sinais FDMA fossem desligados 49 442 Segmento de Controlo O desenvolvimento gradual das capacidades de acompanhamento GLONASS seguidas pelo crescimento constante do número de satélite teve uma influência bastante positiva no rigor e desempenho do sistema levando assim o governo russo a projetar a implementação de quinze novas estações de referência seis delas fora do território russo GPS World Staff 2011 A primeira situarseá na Antártida permitindo um maior comando e controlo da constelação de satélites e permitirá melhorar a qualidade do serviço de posicionamento atingida no território russo a nível global Russian Insider 2015 443 Segmento de Utilizador Embora a constelação deste sistema permita já a cobertura global a sua comercialização especialmente a nível do segmento de utilizador carece em comparação com o sistema GPS Para reverter esta situação o governo russo tem promovido ativamente o sistema para utilização civil sendo de destacar a sua utilidade em todo o tipo de transportes terrestres navais e aéreos O GLONASS será utilizado para a cobrança de taxas e assistências rodoviárias e os veículos vendidos na Federação Russa contarão com um sistema de acompanhamento conhecido por projeto ERAGLONASS que funcionará como caixa negra com capacidade para os alertar centros de emergência em caso de acidente indicando a posição precisa dos veículos envolvidos NIS GLONASS sd A nível dos sinais recebidos pelos recetores normalmente em duas bandas G1 e G2 estes utilizam a técnica de FDMA ao contrário de todos os outros sistemas GNSS que utilizam o CDMA Russian Institute of Space Device Engineering 2008 Com o objetivo de providenciar uma melhoria do rigor resistência ao multitrajeto e especialmente uma melhor interoperabilidade com outros sistemas os novos satélites GLONASSK transmitirão quatro sinais adicionais do tipo CDMA dois dos quais localizados na banda G1 e G2 para utilizadores militares e os outros dois nas bandas G1 e G3 para utilizadores civis Inside GNSS 2011 Este novo sinal o G3 permitirá ao sistema ter um total de três sinais civis com a vantagem de estar centrado na mesma frequência dos sinais E5b Galileo e BeiDou na 50 região atribuída ao Aeronautical Radio Navigation Service ARNS Esta banda é adequada para aplicações de salvaguarda da vida humana dado que nenhum outro utilizador terá autorização para operar nesta frequência Langley 2011 É espectável que a quarta geração de satélites deste sistema poderá vir a trazer e a transmitir na frequência G5 tal como o modernizado sinal L5 GPS e E5a Galileo Inside GNSS 2010 444 Interoperabilidade Com o objetivo de melhorar a interoperabilidade com outros sistemas o sistema de coordenadas GLONASS foi alterado para o padrão de referência internacional o ITRS tendo a informação das efemérides no novo sistema de referência o PZ9011 sido implementada em todos os satélites GLONASS operacionais a partir do fim do ano de 2013 passando a transmitirem neste sistema ECEF Federal Space Agency 2014 51 Capítulo 5 Galileo O Galileo é um sistema de navegação por satélite desenvolvido pela União Europeia e a cargo da European Space Agency ESA que utiliza uma constelação de satélites posicionada em órbitas do tipo MEO projetado com o objetivo de fornecer serviços fiáveis de posicionamento navegação e medição do tempo para utilizadores militares e civis numa base contínua global por intermédio da transmissão de sinais na banda L para um recetor European Space Agency 2014d Já em 1990 a União Europeia tinha identificado a necessidade de a Europa ter o seu próprio sistema de navegação global por satélite Official Journal of the European Communities 1999 A determinação em construir um foi feita com o mesmo espírito que as decisões tomadas na década de 1970 tais como o Ariane e o Airbus Com o nome deste sistema a aparecer pela primeira vez em 1999 altura a partir da qual o programa tem vindo a ser desenvolvido para atingir a capacidade operacional plena o Galileo que será interoperável com o sistema americano GPS e com o sistema russo GLONASS fornecerá o posicionamento em tempo real com rigor ao nível dos metros European Space Agency 2014f O sistema garantirá a disponibilidade do serviço mesmo em circunstâncias mais extremas e informará os utilizadores no caso de perda de sinal de um dos satélites European Space Agency 2014f 51 Segmento Espacial A constelação nominal base Galileo será constituída por 273 satélites operacionais 27 satélites ativos e 3 de reserva distribuídos em 3 planos orbitais perfazendo um total de 10 por cada um deles com uma inclinação de 56º em relação ao equador e com a longitude do nó ascendente separada por 120º de plano para plano Existirá uma reposição da posição do satélite em cada plano orbital e tal como o GLONASS assegurará uma boa cobertura nas latitudes polares em vantagem relativamente ao GPS European Space Agency 2014d Os satélites Galileo operarão em órbitas aproximadamente circulares com uma excentricidade aproximada de 001º e um semieixo maior de 29600 km correspondente a uma altitude de 23222 km referente a uma MEO European Space Agency 2014f Os satélites possuirão um período orbital de 14 h 05 m 14 h 07 m siderais o que significa 52 que os satélites repetem a geometria a cada dez dias siderais European Space Agency 2014d 511 Constelação de Satélites A construção da constelação dos satélites Galileo tem vindo a ser realizada de forma faseada Os satélites já lançados apresentam as seguintes características Satélites GIOVE Os primeiros destes satélites foram enviados para a órbita em 2005 e 2008 respetivamente como satélites experimentais que transmitiam na frequência E1 e tiveram o objetivo de caraterizar a órbita e avaliar o desempenho do sistema reduzindo o risco associado ao lançamento dos quatro seguintes Galileo InOrbit Validation IOV European Commission 2013b GalileoIOV Os primeiros destes satélites foram enviados para a órbita entre 2011 e 2012 compreendendo a constelação inicial e transmitindo sinais nas bandas E1 E5 e E6 A primeira posição calculada com recurso a estes satélites foi conseguida em 2013 mostrando o bom desempenho do sistema que poderá ser melhorado à medida que mais satélites vão sendo colocados em operação European Space Agency 2014b European Commission European Space Agency 2002 GalileoFOC Os primeiros destes satélites Full Operational Capability FOC foram enviados para a órbita em 2014 e 2015 com o objetivo de atingir um sistema completo composto pelos 30 satélites do sistema Com esta fase iniciar seá a Initial Operational Capability IOC e atingirão os 18 satélites em órbita para que possam ser fornecidos os serviços Open Service Search and Rescue e Public Regulated Service para a comunidade internacional European Commission 2013b European Commission European Space Agency 2002 512 Satélites de Navegação Galileo No anexo A consta uma lista com todos os satélites de navegação Galileo que já foram lançados assim como informação do lançamento e o estado atual da constelação 53 52 Segmento de Controlo O segmento de controlo Galileo é constituído por dois grandes sistemas redundantes o Galileo Control Segment GCC cada um dos quais composto por um Galileo Control Segment GCS e por um Galileo Mission Segment GMS para além de uma rede global de cinco Telemetry Tracking and Command TTC uma rede de trinta Galileo Sensor Stations GSS e cinco Uplink Station ULS responsável pelo funcionamento apropriado do sistema European Space Agency 2014c A interligação das estações remotas ULS GSS e TTC com o GCC é realizada através de uma rede de comunicação hibrida composta por diferentes sinais rádio padrão e especiais garantindo a comunicação entre todos os locais European Space Agency 2014c 521 Galileo Control System Localizadas em Fucino na Itália e Oberpfaffenhofen na Alemanha o GCS providencia a função de telemetria telecomando e controlo processa as medições recebidas pelas TTC e orienta todos os aspetos de controlo e gestão da constelação de satélites European Space Agency 2007a 522 Galileo Mission System O GMS é responsável pela determinação e fornecimento de mensagens de dados de navegação necessárias para facultar serviços de navegação e tempo utilizando para isso uma rede global de GSS para monitorizar os sinais de navegação de todos os satélites de forma contínua de duas formas independentes European Space Agency 2007a A primeira função a Orbitography Determination and Time Synchronization ODTS processa os dados observados de todos os satélites e calcula a órbita e o erro do relógio dos satélites A segunda disponibilizará os resultados destes cálculos para os satélites utilizando um contacto programado com uma rede global de cinco ULS European Space Agency 2014c 53 Segmento de Utilizador Foram desenvolvidos três tipos de recetores no âmbito do programa Galileo os recetoresteste os recetores para os sinais transmitidos pelos primeiros satélites e os recetores para a constelação operacional Galileo tendo em vista a abordagem de 54 diferentes necessidades do processo de desenvolvimento do sistema que abrange uma diversidade de sinais e serviços European Commision 2014 Os objetivos da parte inicial da fase de projeto para o segmento de utilizador de teste foram plenamente alcançados tendo sido construído um protótipo de recetor com a capacidade de receber todos os componentes do sinal Galileo dos satélites que resultou na viabilidade de aquisição e acompanhamento dos novos sinais Zourek 2010 531 Serviços Tal como o GPS e o GLONASS também o Galileo transmitirá em cada uma das três frequências num código modulado para observação da pseudodistância utilizando a técnica CDMA oferecendo cinco serviços de forma a abranger as várias necessidades dos utilizadores civis e militares European Commision 2014 Existirão algumas funções decorrentes da utilização combinada do Galileo com outros sistemas para além dos serviços prestados de forma autónoma sendo por isso classificado em quatro categorias Zourek 2010 Os serviços exclusivos dos satélites Galileo os quais se descrevem nas subsecções seguintes Os serviços assistidos localmente com recurso a estações de referência locais à semelhança do DGPS O serviço de aumento com recurso ao EGNOS de modo a melhorar a precisão do serviço livre fornecido pelo sistema resultante do programa Galileo tal como faz com o GPS Os serviços combinados com recurso a outros sistemas fornecidos por sistemas de navegação ou comunicação existentes 5311 Open Service O Open Service OS será um serviço de utilização livre resultante de um conjunto de sinais que fornecerá informação de posicionamento e de tempo com um desempenho competitivo em comparação com outros sistemas GNSS European Commision 2014 Este serviço estará disponível para aplicações do mercado em massa tais como telemóveis PDAs ou veículos automóveis European Space Agency 2010a 55 5312 Safety of Life O serviço Safety of Life SoL visa melhorar o desempenho do OS transmitindo informação de integridade ou seja alertas em tempo real quando não se consiga cumprir determinadas margens de rigor Será disponibilizado para aplicações críticas com requisitos de segurança tais como a navegação marítima em águas restritas e navegação aérea European Space Agency 2010a 5313 Commercial Service O Commercial Service CS oferecerá valores mais elevados na velocidade dos dados obtidos e levará a um maior nível de rigor através do acesso a dois sinais adicionais encriptados necessitando para tal de ser pago pelo utilizador Este serviço destinase a aplicações de uso profissional e comercial European GNSS Agency 2014e 5314 Public Regulated Service O Public Regulated Service PRS permitirá determinar a posição e o tempo dos utilizadores que requeiram uma elevada integridade do serviço com acesso controlado European Space Agency 2010a Para tal os sinais serão modulados e encriptados de modo a fornecer capacidades antijamming Este serviço dirigirseá a utilizadores autorizados pelo governo para aplicações destinadas principalmente à segurança defesa e infraestruturas estratégicas European Commision 2013 5315 Search and Rescue O último dos serviços o Search and Rescue SAR possibilitará juntamente com outros sistemas de posicionamento por satélite localizar emergências captando os sinais de socorro transmitidos por navios aviões ou pessoas e reenviálos para os centros de busca e salvamento nacionais localizando de forma rigorosa o acidente Este serviço que contribuirá para o esforço cooperativo internacional COSPASSARSAT sobretudo em atividades humanitárias de busca e salvamento sendo uma parte importante enquanto Medium Earth Orbit Search and Rescue MEOSAR European GNSS Agency 2014d 532 Configuração do Sinal O Galileo utilizará a técnica CDMA para enviar os diferentes sinais na mesma frequência com o método de modelação CBOC para a banda E1 do serviço OS no canal 56 de dados e no canal piloto o método BPSK para a banda E6 do serviço CS e o método BOC para as bandas E6 e E1 ambas do serviço PRS Ávila Rodríguez 2008 A banda E1 Galileo que recebeu durante algum tempo o nome de banda L1 em analogia com o GPS será também ela a mais importante para fins da navegação O sinal transmitido pelo Galileo em E1 consistirá em três componentes a E1 OS com o canal de dados e o canal piloto e a E1 PRS Ávila Rodríguez 2008 Código PRN E1a E1b E1c Frequência central 157542 MHz Banda Frequência E1 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Dados Piloto Modulação BOCcos1525 MBOC 61111 Frequência do código 25575 MHz 1023 MHz Tipo Serviço PRS OS CS SoL Velocidade dos dados NA 125 bps Tabela 51 Características do sinal E1 Galileo14 A banda E6 que será utilizada para o PRS e para o CS terão por detrás a ideia de gerar um conjunto de códigos que preencherá as propriedades de aleatoriedade sempre que possível sendo constituído por três componentes da E6 CS com o canal de dados e o canal piloto e da E6 PRS Ávila Rodríguez 2008 Código PRN E6a E6b I E6b Q Frequência central 127875 MHz Banda Frequência E6 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Data Data Piloto Modulação BOCcos105 BPSK 5 Frequência do código 5115 MHz Tipo Serviço PRS CS Velocidade dos dados NA 500 bps Tabela 52 Características do sinal E6 Galileo15 14 Adaptado de Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 15 Adaptado de Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 57 A banda E5 será modulada em AltBOC uma modulação muito semelhante a dois sinais BPSK em que os códigos primários podem ser gerados com registos de deslocamento sendo composto por quatro componentes da E5a e da E5b ambos com o canal de dados e o canal piloto Ávila Rodríguez 2008 Código PRN E5a I E5a Q E5b I E5b Q Frequência central 1191795 MHz Banda Frequência E5 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Piloto Dados Piloto Modulação AltBOC 1510 Frequência do código 1023 MHz Tipo Serviço OS OS CS SoL Velocidade dos dados 25 bps 125 bps Tabela 53 Características do sinal E5 Galileo16 533 Performance O desempenho do sistema Galileo será diferente consoante o serviço disponibilizado Através do ODTS que também é o indicador de desempenho da qualidade do sinal SignalinSpace Accuracy SISA acionará diretamente os serviços de integridade do Galileo European Space Agency 2014f Para além disso o SignalinSpace Monitored Accuracy SISMA é necessário para a monitorização de integridade dos serviços e do estado dos GMS existentes que são definidos por este e relacionados com o desempenho máximo do sistema Oehler et al 2009 5331 Performance dos Serviços Galileo Tal como referido acima os desempenhos do sistema Galileo diferem consoante o tipo de serviço No caso do OS o principal serviço a ser fornecido pelo sistema que tanto servirá para utilizadores civis como militares não terá quaisquer requisitos de integridade específicos aplicáveis sendo os desempenhos de rigor para recetores de dupla frequência com um nível de confiança de 95 os seguintes European Space Agency 2014a 16 Adaptado de Subirana Zornoza Hernández Pajares 2013 58 Posicionamento horizontal 4 m Posicionamento vertical 8 m Tempo 30 ns Quanto ao PRS cuja disponibilidade do serviço será de acesso controlado pelo Commercial Service Providers sofrerá ainda alterações conforme as decisões tomadas sobre os serviços oferecidos como por exemplo a integridade de dados ou correções diferenciais para áreas locais que dependerão das características de outros serviços do Galileo No entanto é de esperar o seguinte rigor de posicionamento para este serviço com nível de confiança de 95 Oehler et al 2009 Posicionamento horizontal 65 m Posicionamento vertical 12 m Tempo 100 ns 5332 Performance dos Serviços Combinados Os sistemas mais óbvios a serem combinados com Galileo são os outros sistemas GNSS existentes que como ele compartilham muitas características que facilitam a combinação a nível de utilizador Utilizando o Galileo combinado com outros GNSS face à subida do número de satélites operacionais tornarseá relevante em termos de disponibilidade principalmente em ambientes urbanos devido às edificações dando origem à sombra do sinal levando ainda a uma melhor precisão no posicionamento European GNSS Agency sdc European Commission European Space Agency 2002 54 Futuro e Evolução O programa Galileo fornecerá e garantirá serviços de navegação e posicionamento globais autónomos altamente precisos para além de ser interoperável com outros sistemas GNSS como o GPS e o GLONASS European Space Agency 2014g O Galileo Evolutions tem atualmente em estudo no âmbito do European GNSS Evolution Programme EGEP a definição de objetivos e preparação da tecnologia para versões futuras desenhar novas ferramentas do sistema melhorar o conhecimento na 59 monitorização do desempenho GNSS e dos fatores que influenciam o desempenho e ainda promover e apoiar a exploração científica do Galileo European Space Agency 2015 541 Arquitetura do Sistema O programa Galileo tem sido estruturado de acordo com as seguintes fases GalileoIOV InOrbit Validation Esta fase consistiu na qualificação do sistema através de testes e da operação de dois satélites experimentais e de uma constelação de quatro pseudosatélites numa infraestrutura terrestre a qual já se encontra completa desde 2014 com resultados a mostrarem o bom funcionamento e desempenho do sistema GPS World Staff 2014b O IOV tem por objetivo avaliar o desempenho dos satélites Estes fornecem um SIS experimental garantindo o espectro de frequências necessário ao transmitirem nas bandas E1 E5 e E6 European Commission European Space Agency 2002 Em 2014 o Galileo alcançou o IOV com os resultados a mostrarem o bom funcionamento dos satélites e desempenho do sistema European Space Agency 2014a GalileoIOC Initial Operational Capability Esta fase será uma tarefa parcial do segmento terrestre e espacial que prestará os serviços OS SAR e PRS e cuja aquisição inclui o primeiro conjunto de satélites 14 satélites ativos 4 IOV existentes a infraestrutura terrestre de missão e controlo os serviços de suporte do sistema e as operações análogas European Commission 2013b GalileoFOC Full Operational Capability Esta fase consistirá na implementação de um sistema completo gerido pela Comissão Europeia composto pelos 30 satélites centros de controlo localizados na Europa e uma rede de estações de sensores e de transmissão instaladas em todo o globo terrestre European Commission 2013b O FOC Galileo deverá ser alcançado em 20192020 numa fase de abordagem desde a fase IOC GPS World Staff 2015 O projeto Galileo obteve autorização de utilização de frequências numa parte dedicada da banda C no entanto devido a complexidades técnicas foi impossível a sua utilização Caso consiga resolver esses problemas esta banda poderá vir a ser reservada para aplicações militares deixando a banda L apenas para aplicações civis Hein et al 2007 60 542 Interoperabilidade O sistema Galileo será interoperável com GPS e GLONASS possibilitando a um utilizador ser capaz de adquirir a posição com o mesmo recetor de qualquer um dos satélites GNSS em qualquer combinação que seja determinada para esse recetor European GNSS Agency sdc A Comissão Europeia está em processo de criação de um grupo consultivo de especialistas em GNSS designado por Mission Evolution Advisory Group MEAG que tem como objetivo fornecer aconselhamentos independentes e recomendações sobre possíveis evoluções dos objetivos da missão e definições de serviço para os programas europeus de navegação por satélite Galileo e EGNOS European GNSS Agency sdb O grupo deverá avaliar as mudanças das necessidades do utilizador e alcances baseados no SIS tanto em escala europeia como internacional As mudanças nos requisitos de missão e de serviço para o programa Galileo e EGNOS serão também analisadas propondo atualizações adequadas European GNSS Agency sdc 61 Capítulo 6 BeiDou O BeiDou Navigation Satellite System BDS ou BeiDou é um sistema de navegação por satélite desenvolvido pelo Governo Chinês que utiliza uma constelação de satélites posicionada em órbitas do tipo GEO MEO e IGSO para fornecer serviços fiáveis de posicionamento navegação e medição do tempo para utilizadores militares e civis numa base contínua global por intermédio da transmissão de sinais na banda L para um recetor Liu 2013 A China começou a construir e desenvolver o seu próprio GNSS em 1980 com o nome Compass BeiDou em chinês Tendo decidido desenvolver um sistema de navegação por satélite iniciou por um serviço complementar regional desenvolvendo posteriormente para um serviço global através de uma estratégia que assenta em três etapas a experimental a de desenvolvimento do sistema regional e por último do sistema global China Satellite Navigation Office 2013b Em 2013 o BeiDou deu a conhecer a nível de controlo de interface como se forma o sinal civil e outras informações relativas ao sistema escala de tempo e descrição de dados para calcular a posição dos satélites Dingding 2011 Com o desenvolver deste sistema em 2014 tornouse parte do WorldWide Radionavigation System WWRNS através da divulgação dessa informação na 94ª reunião do Maritime Safety Committee International pelo subcomité Navigation Communications and Search and Rescue NCSR da IMO que aprovou o sistema atendendo ao desempenho dos seus recetores de teste instalados em navios International Maritime Organization 2014 61 Segmento Espacial A constelação nominal base BeiDou será constituída por 5 satélites GEO e 30 non GEO distribuídos em 7 planos orbitais com uma inclinação de 55º em relação ao equador e com a longitude do nó ascendente separada por 118º de plano para plano He et al 2013 Dos 30 satélites nonGEO 27 estarão em MEO dos quais 3 serão satélites de reserva distribuídos por três planos orbitais e os restantes 3 em IGSO distribuídos por outros 3 planos orbitais distintos Liu 2013 Quanto aos 5 satélites GEO encontrarse ão ambos distribuídos no mesmo plano orbital perpendiculares ao equador BeiDou Navigation Satellite System sdd 62 Os satélites BeiDou operarão em órbitas aproximadamente circulares com uma excentricidade inferior a 001º e um semieixo maior 27878 km e 42164 km correspondentes a uma altitude de 21500 km e 36000 km referente a uma MEO e uma GEOIGSO respetivamente GPS World Staff 2013b Os satélites possuirão um período orbital de 12 h 53 m 12 h e 55 m siderais o que significa que os satélites repetem a geometria a cada sete dias siderais He et al 2013 611 Constelação de Satélites Em Dezembro de 2011 foi oficialmente declarado o Serviço de Operação Inicial para a prestação inicial de serviços de posicionamento de navegação e de tempo para a área da China GPS World Staff 2013b O desenvolvimento dos satélites BeiDou tem vindo a ser realizada com o tempo de forma a conseguir atingir a constelação operacional em 2020 Deste modo e já na última fase de lançamento os satélites que se encontram em órbita apresentam diferenças entre os vários tipos existentes BeiDou1 Incluídos na fase experimental foram enviados para a órbita a partir de 2000 com o BeiDou1A tendo o terceiro satélite Beidou1C atingido a órbita em 2003 Em 2007 o quarto e último deste tipo de satélite do sistema Beidou1D foi enviado para o espaço como satélite de reserva o que significou que o estabelecimento do sistema de navegação Beidou1 ficou assim completo Com o objetivo de abranger apenas a área do território chinês devido a estes satélites serem GEO o seu bom funcionamento permitiu ao sistema arrancar para a próxima fase tendo estes já sido retirados em 2012 He et al 2013 BeiDou2 Primeira Geração Esta geração incluirá a constelação operacional de forma a cobrir uma área global e transmitirá nas bandas B1 B2 e B3 O primeiro satélite CompassM1 foi lançado em 2007 Em 2011 com dez satélites em órbita começou a fornecer serviços para a região da ÁsiaPacífico desde o mesmo ano com rigor na ordem dos metros com dados de tempo e posicionamento entre as longitudes 55 E e 180 E e as latitudes 55 S e 55 N China Satellite Navigation Office 2013a He et al 2013 63 BeiDou3 Segunda Geração Esta geração que iniciou este ano com o lançamento do décimo sétimo satélite levou ao início da fase de transição para a cobertura global O sistema BeiDou incluirá um novo sinal B1 civil similar aos sinais L1C GPS e E1 Galileo com a modulação em QPSK para MBOC semelhante ao dos futuros sinais de outros sistemas referidos Lu Yao 2014 612 Satélites de Navegação BeiDou No anexo A consta uma lista com todos os satélites de navegação BeiDou que já foram lançados assim como informação do lançamento e o estado atual da constelação 62 Segmento de Controlo O segmento de controlo BeiDou é constituído por três subsistemas um Master Control Station MCS por uma rede de trinta Monitor Station MS e por uma rede de duas Uplink Station ULS responsável pelo funcionamento apropriado do sistema He et al 2013 O segmento de controlo está em expansão com a evolução do BeiDou para a capacidade de navegação global prevista para depois do ano de 2020 BeiDou Navigation Satellite System sdb 621 Master Control Station Localizada na China a MCS é o elemento central do sistema de controlo e monitorização do funcionamento da constelação de satélites do BeiDou que processa as medições recebidas pelas MS responsável por todos os aspetos de comando e controlo da constelação He et al 2013 622 Monitor Station As MS estão distribuídas de forma uniforme na área da China e equipadas com relógios atómicos padrão e recetores BeiDou adquirindo continuamente dados de todos os satélites visíveis He et al 2013 Os dados obtidos são enviados para a MCS onde são processados para estimar as órbitas e os erros de relógio dos satélites para gerar a mensagem de navegação e outros parâmetros do sistema Após estes procedimentos os dados são transmitidos para os satélites através das ULS da mesma forma que estas permutam informação de controlo aos mesmos Liu 2013 64 63 Segmento de Utilizador Em 2011 o sistema terminou a colocação do seu segmento de controlo incluindo a secção de teste do desenvolvimento do terminal de utilizador que no entanto apareceram em 2009 com base num Application Specific Integrated Circuits ASIC compreendendo um sistema GPS já integrado Qianjun 2013 Deve notarse que na primeira versão do sistema BeiDou1 a posição do utilizador era calculada pelas MCS após receção dos sinais transmitidos com essa informação e retransmitida de volta para os utilizadores através dos satélites GEO conceito que não foi adotado na evolução do sistema que utiliza o modo usual de calcular a posição do utilizador no recetor China Satellite Navigation Office 2013b 631 Serviços O BeiDou abrange tanto o serviço regional como global e está a ser desenvolvido de forma gradual China Satellite Navigation Office 2012b O sistema que começou com o serviço regional que cobre a China e as regiões próximas e espera alcançar a FOC com serviços globais foi projetado para incorporar dois serviços de posicionamento Xinhua 2015 o Open Service e o Authorized Service 6311 Open Service Será um serviço gratuito e aberto a todos os utilizadores a nível mundial capaz de calcular a solução de navegação utilizando os mesmos princípios dos sistemas referidos e projetado para fornecer rigor da posição na ordem dos 10 m China Satellite Navigation Office 2013a 6312 Authorized Service Será um serviço com o objetivo de garantir uma elevado rigor e qualidade do posicionamento em situações mais adversas e complexas para a utilização do governo chinês inclusive militar BBC News 2012 6313 Wide Area Differential Services Será um serviço com o objetivo de alcançar um nível de exatidão de posicionamento na ordem de 1 m suportado pelo sistema regional composto por trinta estações de transmissão de correções por parte dos satélites GEO para além de mais de vinte estações 65 costeiras que fazem correções ao posicionamento de navios no mar perto destas à semelhança do DGPS China Satellite Navigation Office 2013b Chen 2011 632 Configuração do Sinal O BeiDou atualmente na fase II utiliza a técnica CDMA para enviar os diferentes sinais atuais na mesma frequência e o método de modelação QPSK para as bandas B1 e B3 e BPSK para a banda B2 compostas por um sinal autorizado e outro aberto à exceção da B3 que será apenas para serviço autorizado Ávila Rodríguez 2008 Código PRN B1I B1Q B2I B2Q B3 Frequência central 1561098 MHz 120714 MHz 126852 MHz Banda Frequência B1 B2 B3 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Piloto Dados Piloto Dados Modulação QPSK 2 BPSK 2 BPSK 10 QPSK 10 Frequência do código 2046 MHz 2046 MHz 1023 MHz 1023 MHz Tipo Serviço Open Authorized Open Authorized Authorized Velocidade dos dados 50 bps 500 bps 50 bps 500 bps 50 bps Tabela 61 Características dos sinais da fase I do projeto BeiDou17 A banda B1 BeiDou é a mais importante para fins da navegação Com a evolução para a fase III do projeto existirão três sinais transmitidos pelo BeiDou nesta frequência com a adição de sinal civil nesta banda B1C com modelação MBOC e alteração da frequência e modulação do sinal Ávila Rodríguez 2008 17 Adaptado de Lu Yao 2014 66 Serviço B1CI B1CQ B1 Frequência central 157542 MHz Banda Frequência B1 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Piloto Dados Modulação MBOC 61111 BOC 142 Frequência do código 1023 MHz 2046 MHz Tipo Serviço Open Authorized Velocidade dos dados 50 bps 50 bps Tabela 62 Características do sinal B1 BeiDou18 A banda B2 evoluirá passando a dispor de quatro componentes da B2a e da B2b ambos com o canal de dados e o canal piloto com modelação AltBOC Ávila Rodríguez 2008 Serviço B2a I B2a Q B2b I B2b Q Frequência central 1191795 MHz Banda Frequência B2 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Piloto Dados Piloto Modulação AltBOC 1510 Frequência do código 1023 MHz Tipo Serviço Open Velocidade dos dados 25 bps 50 bps Tabela 63 Características do sinal B2 BeiDou19 Tal como a anterior a banda B3 irá também ela evoluir passando a dispor de mais duas componentes da B2A e da B2I com o canal de dados e o canal piloto com modelação BOC Ávila Rodríguez 2008 18 Adaptado de Lu Yao 2014 19 Adaptado de Lu Yao 2014 67 Serviço B3 B3A I B3A Q Frequência central 126852 MHz Banda Frequência B3 Técnica de acesso CDMA Componente do sinal Dados Dados Piloto Modulação QPSK 10 BOC 1525 Frequência do código 1023 MHz 25575 MHz Tipo Serviço Authorized Velocidade dos dados 500 bps 50 bps Tabela 64 Características do sinal B3 BeiDou20 Embora nem todos os aspetos técnicos dos sinais BeiDou estejam ainda definidos ambas as bandas de frequências serão semelhantes umas às outras e os novos sinais já foram apresentados à ITU 633 Performance O sistema BeiDou está a ser projetado para providenciar serviços de posicionamento e tempo com níveis de rigor semelhantes aos do serviço do GPS e Galileo com um rigor de posicionamento dentro dos 10 m para os utilizadores em todo o globo terrestre BeiDou Navigation Satellite System sdc 6331 Performance dos Serviços BeiDou O sistema BeiDou1 depois do lançamento bemsucedido do satélite BeiDou1C para a área da grande China passou a providenciar serviços de navegação com desempenho de rigor com nível de confiança de 95 seguinte Chengqi sd Posicionamento horizontal 25 m Posicionamento vertical 30 m Tempo 50 ns O sistema BeiDou2 que foi declarado oficialmente operacional no fim do ano de 2011 e que visa fornecer serviço de posicionamento e tempo global teve os desempenhos 20 Adaptado de Lu Yao 2014 68 iniciais de rigor com 95 de confiança seguintes China Satellite Navigation Office 2013a Posicionamento horizontal 10 m Posicionamento vertical 10 m Tempo 20 ns Os desempenhos do sistema têm vindo a ser melhorados com o aumento do número de satélites em órbita e a evolução do segmento de utilizador com o objetivo de obter um posicionamento melhor que 10 m para o Open Service e 10 cm para o Authorized Service Chengqi sd 6332 Performance dos Serviços Combinados Utilizando o BeiDou combinado com o GPS face ao aumento do número de satélites operacionais aumentar tornase relevante em termos de disponibilidade acrescentar para valores acima de quinze satélites visíveis de geometria com a Position Dilution of Precision PDOP das constelações menor do que a de cada uma das constelações individuais conduzindo a uma maior precisão no posicionamento Xu et al 2013 64 Futuro e Evolução Em 2011 o sistema BeiDou entrou em operação em fase experimental fornecendo serviços iniciais de posicionamento e tempo para toda a região da ÁsiaPacífico com uma constelação de 10 satélites 5 GEO e 5 IGSO e um serviço operacional inicial que foi declarado oficialmente disponível BBC News 2012 No ano seguinte em 2012 foram realizados mais lançamentos colocando em órbita dois satélites adicionais GEO e quatro MEO com o objetivo de expandir a área de serviço para os utilizadores na ÁsiaPacífico e melhorar o desempenho do serviço A constelação é atualmente composta por 6 GEO 5 IGSO e 4 MEO que correspondem a 15 satélites operacionais dos 35 planeados A primeira versão do SIS do sinal BeiDou B1I em serviço aberto foi anunciado em 2012 numa conferência realizada em Pequim pelo Chinese State Council Information Office onde foi anunciado que o nome em inglês do sistema era agora substituído para BeiDou Navigation Satellite System China Satellite Navigation Office 2013b 69 641 Arquitetura do Sistema O sistema albergará um máximo de 35 satélites Para que isto seja possível o programa BeiDou tem sido estruturado de acordo com as três fases seguintes Fase 1 Iniciada a partir de 2003 consiste num sistema de navegação regional experimental BeiDou1 que fornece serviço de navegação ativa para a região da China Chengqi sd China Satellite Navigation Office 2012a Fase 2 Iniciada em 2007 o BeiDou2 consiste numa constelação de satélites reduzida e oferecerá um serviço aberto para toda a área da China com o objetivo de implementar um sistema com capacidade de posicionamento passivo e tempo numa determinada área regional China Satellite Navigation Office 2012a Fase 3 Prevista para depois de 2020 o BeiDou chegará com a plena capacidade operacional com a constelação de satélites composta pelos 35 satélites existentes num sistema regional e expansão do segmento de controlo para áreas fora da região da China China Satellite Navigation Office 2012a O BeiDou fornecerá serviços de navegação global à semelhança dos sistemas de navegação globais GPS GLONASS e Galileo Chengqi sd No futuro o BeiDou deverá apoiar dois tipos de serviços gerais diferentes o Radio Determination Satellite Service e o Radio Navigation Satellite Service O primeiro em que a posição do utilizador é calculada por uma estação terrestre utilizando o tempo de ida e volta de sinais trocados via satélite incluindo características como comunicação de mensagens de grande volume ou ainda a conexão à informação e a cobertura alargada GPS World Staff 2013a O segundo muito semelhante ao fornecido pelo GPS e Galileo terá no seu projeto alcançar desempenhos semelhantes aos destes sistemas He et al 2013 642 Interoperabilidade O BeiDou incluiu a compatibilidade e a interoperabilidade com outros sistemas tal como o segmento de utilizador e as respetivas aplicações que se espera que sejam muito parecidas a todos os outros sistemas para o serviço livre BeiDou Navigation Satellite System sda O BeiDou tem uma particularidade perante os restantes sistemas a 70 capacidade de permitir a troca de serviços de mensagens curtas entre as estações de controlo e os utilizadores O governo chinês considera a navegação por satélite uma estratégia no desenvolvimento de tecnologia de informação e incentiva a cooperação internacional para garantir a compatibilidade e interoperabilidade com outros sistemas de navegação China Satellite Navigation Office 2012a 71 Capítulo 7 Regional Navigation Satellite System 71 Indian Regional Navigation Satellite System O Indian Regional Navigational Satellite System IRNSS é um sistema desenvolvido pelo Governo Indiano mais propriamente pela Indian Space Research Organization ISRO no âmbito do programa nacional de desenvolvimento espacial que se destina a fornecer informação de posicionamento sobre o território da Índia serviços fiáveis de posicionamento navegação e medição do tempo numa base contínua regional por intermédio da transmissão de sinais na banda L para um recetor Indian Research Space Organization sdb Este sistema de navegação regional autónomo e independente operará numa área de cerca de 1500 km em torno da Índia sob controlo total e construção própria dos vários segmentos do sistema Indian Space Research Organization 2014 O principal objetivo do projeto da constelação será de melhorar a geometria dos satélites minimizando o valor do DOP e o número de satélites visíveis Neelakantan 2010 711 Segmento Espacial A constelação nominal base IRNSS é constituída por 3 satélites operacionais GEO localizados nas longitudes 325º E 83º E e 1315º E e 4 satélites IGSO com uma inclinação de 29º em relação ao equador e com a longitude do nó ascendente separada por 55E e 1115E Indian Space Research Organization 2014 Os satélites IRNSS operarão em órbitas aproximadamente circulares com uma excentricidade inferior a 0002º e um semieixo maior de 47153 km correspondente a uma altitude de 35786 km referente a uma MEO e possuirão um período orbital de 23 h 56 m 24 h siderais Indian Space Research Organization 2014 O primeiro destes satélites a ser lançado foi o IRNSS1A a 1 de julho de 2013 com um tempo de vida útil de aproximadamente 9 anos e meio Inside GNSS 2013b De momento o sistema conta com quatro satélites o último IRNSS1D foi enviado para a órbita no primeiro semestre deste ano Inside GNSS 2015a 72 No anexo A consta uma lista com todos os satélites de navegação IRNSS que já foram lançados assim como informação do lançamento e o estado atual da constelação 712 Segmento de Controlo Constituído por dois grandes sistemas a IRNSS Space Craft Control Centre SCC e o IRNSS Navigation Centre INC para além de IRNSS TTC Uplinking Stations IRTTC IRNSS Range and Integrity Monitoring Stations IRIMS IRNSS Timing Centre IRNWT IRNSS CDMA Ranging IRCDR IRNSS Laser Ranging Station ILRS e IRNSS Data Communication Network IRDCN o segmento de controlo é responsável pelo funcionamento apropriado do sistema IRNSS Indian Research Space Organization sdc O SCC e o INC formam o núcleo deste segmento e são os responsáveis por estimar e prever as órbitas calcular a integridade as correções ionosféricas e os erros do relógio dos satélites e executar o software de navegação Indian Space Research Organization 2014 711 Segmento de Utilizador A nível do utilizador o recetor IRNSS será capaz de receber e processar dados de navegação de outras constelações GNSS sendo os seus satélites continuamente acompanhados pelo recetor de utilizador que operará em dupla frequência ou frequência única nas bandas de frequências L5 e S com a capacidade de receber as correções ionosféricas Indian Space Research Organization 2014 Quanto aos serviços que virão a disponibilizar o Standard Positioning Service SPS e o Restricted Service RS estão planeados para retirarem vantagem do reduzido número de satélites que possui de modo a transmitir correções ionosféricas e garantir desempenhos com rigor da posição de cerca de 20 m sobre a região do oceano Índico e melhor do que 10 m de sobre os países adjacentes à Índia e dados do almanaque efemérides e tempo com a mesma precisão que os GNSS existentes Indian Space Research Organization 2014 73 Código PRN L5SPS L5RS SSPS SRS Frequência central 117645 MHz 2492028 MHz Banda Frequência L5 S Técnica de acesso CDMA CDMA Componente do sinal Data Data Data Data Modulação BPSK 1 BOC 52 BPSK 1 BOC 52 Frequência do código 1023 MHz 2046 Mhz 1023 MHz 2046 Mhz Tipo Serviço SPS RS SPS RS Velocidade dos dados 25 bps 25 bps 25 bps 25 bps Tabela 71 Características dos sinais IRNSS21 711 Futuro e Evolução Após aprovado o projeto pelo governo indiano em 2006 com a intenção de o ter concluído e operacional em 2015 o primeiro satélite da constelação foi lançado com sucesso em 2013 e foram iniciados então testes de verificação e transmissão Inside GNSS 2013c O governo indiano espera assim ter a órbita de sete satélites completa no próximo ano face aos vários sucessos conseguidos nos lançamentos com dois satélites de cada tipo já em órbita Inside GNSS 2015b Com a receção de um sinal transmitido na banda L5 do satélite IRNSS1A e após análise das pesquisas deste pelo German Aerospace Center concluíram que a estrutura do sinal era coerente com a anunciada no plano de sinal IRNSS pela ISRO Indian Space Research Organization 2014 Em 2014 com o objetivo de iniciar a constelação de satélites GEO foi lançado com sucesso o IRNSS1B e ainda no mesmo ano o terceiro satélite IRNSS1C cujo controlo do mesmo foi assumido pelo centro de controlo da ISRO a fim de posicionar o satélite também ele num GEO na longitude 83º E Gunter Space sdc Tal como fizera com os anteriores face ao quarto satélite em órbita o ISROs Master Control Facility assumiu o controlo do satélite e realizou várias manobras a fim de posicionálo na órbita GSO na longitude 11175º E com 305º de inclinação Inside GNSS 2015b 21 Adaptado de United Nations 2010 74 72 QuasiZenith Satellite System O QuasiZenith Satellite System QZSS é um sistema de navegação por satélite desenvolvido pelo Governo Japonês no âmbito do programa nacional de desenvolvimento espacial que serve essencialmente para melhorar a qualidade do sinal dos GNSS para fornecer serviços fiáveis de posicionamento navegação e medição do tempo numa base contínua regional por intermédio da transmissão de sinais na banda L para um recetor Japan Aerospace Exploration Agency 2014 O programa deste sistema regional iniciouse em 2002 pela Advanced Space Business Corporation ASBC mas que face ao seu colapso passou para a Japan Aerospace Exploration Agency JAXA e para a Satellite Positioning Research and Application Center SPAC Em 2007 o programa de desenvolvimento e pesquisa do QZSS foi aprovado Japan Aerospace Exploration Agency QZSS Project Team 2009 721 Segmento Espacial O serviço do QZSS é um sistema complementar que utilizará toda a constelação GNSS de forma a provir posicionamento para a área do leste asiático e região da Oceânia QZSS Project Team Office of Space Applications JAXA 2006 A constelação nominal base QZSS é constituída por 3 satélites operacionais distribuídos em 3 planos orbitais com uma inclinação de 43º em relação ao equador e com a longitude do nó ascendente separada por 195º de plano para plano Japan Aerospace Exploration Agency 2014 Os satélites QZSS operarão em órbitas aproximadamente circulares com uma excentricidade inferior a 0075º e um semieixo maior de 42164 km correspondente a uma altitude de 32000 km referente a uma HEO Os satélites possuirão um período orbital de 23 h 56 m 24 h siderais o que significa que todos eles passam sobre a mesma posição na terra e pelo menos um deles fica perto do zénite sobre o Japão daí a origem do nome quasizenith Este facto permite que cada satélite seja visível na maior parte das vezes mais de 12 horas por dia durante o seu trajeto Japan Aerospace Exploration Agency 2014 75 O primeiro destes satélites a ser lançado foi o Michibiki a 11 de setembro de 2010 e inserido na órbita QuasiZenith nesse mesmo ano com um tempo de vida útil de aproximadamente 10 anos Japan Aerospace Exploration Agency 2010 No anexo A consta uma lista com todos os satélites de navegação QZSS que já foram lançados assim como informação do lançamento e o estado atual da constelação 722 Segmento de Controlo Constituído por cinco grandes subsistemas a Master Control Station MCS uma rede de Telemetry Tracking and Command TTC Uplink Station ULS e uma rede de nove Monitor Station MS e Time Management Station TMS o segmento de controlo é responsável pelo funcionamento apropriado do sistema QZSS Japan Aerospace Exploration Agency 2014 As MS que se encontram distribuídas no território japonês analisam os sinais QZSS e GNSS passando os seus produtos da monitorização para a MCS que estima e prevê as órbitas e os erros do relógio dos satélites gerando as mensagens de navegação As Tracking Control Stations onde estão as TTC e as ULS transmitem essas mensagens de navegação e monitorizam o estado dos satélites sendo o TMS responsável por comunicar o tempo deste sistema 721 Segmento de Utilizador A nível do utilizador do sistema QZSS a compatibilidade com os outros sistemas de posicionamento é um requisito obrigatório dado que este trabalha nas mesmas bandas de frequências sem interferências prejudiciais conseguindo um maior rigor Japan Aerospace Exploration Agency 2014 Desta forma o sistema japonês dispõe de seis sinais diferentes para melhorarem a disponibilidade de posicionamento navegação e tempo O L1CA L1C L2C e L5 de modo a serem utilizados em combinação com qualquer GNSS e ainda o L1SAIF para aumento da exatidão ao nível submétrico interoperável com os SBAS GPS Por último o LEX um sinal experimental compatível com o sinal Galileo E6 para serviço de alta precisão QZSS Project Team Office of Space Applications JAXA sd A combinação dos sistemas GPSQZSS comparativamente ao sistema GPS autónomo irá providenciar uma melhoria do posicionamento através de dados de correção previstos com recurso a 76 sinais L1SAIF e LEX Japan Aerospace Exploration Agency 2014 Para além disso irá também melhorar a monitorização de integridade do GNSS com o controlo de falhas e notificação sobre o estado do sistema Código PRN L1 SAIF L1CA L1CI L1CQ L2CM L2CL L5I L5Q LEX Frequência central 157542 MHz 12276 MHz 117645 MHz 128775 MHz Banda Frequência L1 L2 L5 Técnica de acesso CDMA CDMA CDMA CDMA Componente do sinal Dados Dados Dados Piloto Dados Piloto Dados Piloto Dados Modulação BPSK 1 BOC 11 BPSK 1 BPSK 10 BPSK 5 Frequência do código 1023 MHz 1023 MHz 1023 MHz 5115 MHz Tipo Serviço Autorizado Civil Civil Civil Autorizado Velocidade dos dados 250 bps 50 bps 25 bps 25 bps 50 bps 2000 bps Tabela 72 Características dos sinais QZSS22 721 Futuro e Evolução Com a fase de operação inicial terminada em 2011 iniciouse a fase das verificações técnicas e demonstrações de aplicações recorrendo ao satélite Michibiki Os resultados obtidos mostraram que um utilizador do sistema GPSQZSS ao viajar dentro de Tokyo melhora a sua posição na pior situação de DOP GPS Japan Aerospace Exploration Agency QZSS Project Team 2009 Por este facto o governo japonês decidiu acelerar a implementação do sistema a fim de obter a constelação de satélites até ao final da década com o objetivo final de alcançar um total de 7 satélites Porém este plano foi alterado face a um contrato que o Japanese Cabinet Office formalizou com a Mitsubishi em 2013 para a construção de um satélite geoestacionário e dois satélites adicionais QZSS que estão planeados para serem lançados antes do final de 2017 Inside GNSS 2013a Foi assinado outro contrato com uma sociedade liderada pela empresa NEC e apoiada pela Mitsubishi UFJ Lease Finance e a Mitsubishi Electric Corporation para financiar o projeto e a construção do segmento de controlo bem como a sua verificação e manutenção por 15 anos Inside GNSS 2013a 22 Adaptado de Japan Aerospace Exploration Agency 2014 77 Capítulo 8 Satellite Based Augmentation System Um Satellite Based Augmentation System SBAS é um sistema que tem a capacidade de complementar e melhorar a qualidade do serviço GNSS em modo autónomo em termos de precisão integridade continuidade e disponibilidade European GNSS Agency sdd Os SBAS são constituídos por estações de referência amplamente dispersas em terra que monitorizam e recolhem dados GNSS com o objetivo de determinar as correções aos erros de observação e dos satélites e também o seu estado de funcionamento as quais são processadas e parametrizadas para depois serem enviadas por estações para os satélites dos sistemas Os satélites SBAS localizados em órbita de forma a cobrirem determinadas regiões retransmitem as correções dos sistemas para os recetores GNSS utilizando uma frequência semelhante à utilizada por estes sistemas European Geostationary Navigation Overlay Service 2009 81 European Geostationary Navigation Overlay Service O sistema European Geostationary Navigation Overlay Service EGNOS é um serviço SBAS que complementa os serviços de navegação por satélite existentes e que juntamente com o Galileo constituem os dois principais projetos da Europa em termos de navegação por satélite European Commision 2015 European GNSS Agency sda 811 Segmento Espacial O segmento espacial EGNOS é composto atualmente por três tipos de satélites GEO centrados sobre a Europa e projetados para 10 anos de vida útil Os dois últimos satélites referidos de seguida irão substituir os dois primeiros porém é importante também referi los European Geostationary Navigation Overlay Service 2009 Inmarsat 3F2 AORE Região Leste do Oceano Atlântico Satélite lançado em 1996 Inmarsat 4F2 IORW Região Oeste do Oceano Índico Satélite lançado em 2012 ESAArtemis sobre a África Satélite lançado em 2001 que expande e melhora todas as áreas de navegação comunicações móveis e entre satélites Astra 4B Lançado em 2012 78 Astra 5B Lançado em 2014 Os principais critérios seguidos na seleção da posição destes satélites foram a melhoria da geometria e disponibilidade do sistema Galileo maximização da visibilidade minimizando o risco de bloqueio do sinal e por último o fornecimento de cobertura geoestacionária dentro da área do serviço principal VenturaTraveset Flament 2006 812 Segmento de Controlo O EGNOS é controlado através da Central Control Facility CCF responsável pela monitorização permanente e controlo de todo o sistema com a função de supervisionar os subsistemas de controlo monitorizar o sistema de missão os satélites e estimar o nível de desempenho do serviço ToranMarti VenturaTraveset 2004 O sistema dispõe de uma rede de Ranging Integrity Monitoring Stations RIMS que recebe os dados dos satélites GPS e transmiteas para a Central Processing Facility CPF que as utiliza para elaborar as correções do relógio dos satélites calcular órbitas precisas e elaborar um modelo do atraso ionosférico ToranMarti VenturaTraveset 2004 As mensagens elaboradas pela CPF são depois transmitidas para as Navigation Land Earth Stations NLES que as enviam para os satélites EGNOS VenturaTraveset Flament 2006 O sistema dispõe ainda de uma EGNOS Wide Area Network EWAN que fornece comunicações para todos os componentes deste segmento para além de apoiar as operações de sistemas e a prestação de serviços VenturaTraveset Flament 2006 813 Segmento de Utilizador Este SBAS é interoperável com outros existentes com benefícios e vantagens que levam organizações como a European Global Navigation Satellite System Agency GSA e outras envolvidas na indústria do GNSS a trabalhar na definição de protocolos de comunicação e de performances de utilizador para recetores compatíveis European Space Agency 2010b Entre as inúmeras aplicações o SISNeT permite a transmissão das correções EGNOS através da InterNet estando a informação de navegação de alta precisão disponível através desse meio em tempo real European Space Agency 2010b Tal como qualquer outro SBAS transmite essa informação na banda L1 face aos 79 rigorosos padrões estabelecidos pela ICAO ou a Radio Technical Commission for Aeronautics RTCA VenturaTraveset Flament 2006 O EGNOS suporta uma ampla variedade de aplicações Para facilitar a prestação de serviços juntamente com o Galileo os requisitos são expressos em termos dos diferentes serviços que este suporta designados por OS para o público geral SoL que fornece maior desempenho em salvaguarda da vida humana e o EGNOS Data Access Service EDAS com maiores desempenhos a nível comercial e profissional European GNSS Agency 2014a 2014b 2014c 814 Futuro e Evolução Os principais desenvolvimentos do EGNOS visam acompanhar o ritmo de desenvolvimento dos sistemas globais de posicionamento por satélite e estão a ser estudados com o objetivo de estarem operacionais até 2020 seguindo os padrões estabelecidos pelo EGEP e assegurando a coordenação da evolução com a dos outros SBAS VenturaTraveset Basker Ashton 2000 Prevêse ainda que venha a melhorar a relação sinalruído em futuras reposições do segmento espacial EGNOS com a intenção de melhorar o desempenho a nível do utilizador transmitindo na banda L1 e L5 e capaz de transmitir sinais de dupla frequência compatíveis com especificações de sinal GPS e Galileo VenturaTraveset et al 2000 82 Wide Area Augmentation System O SBAS desenvolvido pelos EUA o Wide Area Augmentation System WAAS inclui uma área de serviço que abrange o continente dos EUA Alaska Canadá e México começou a ser desenvolvido em 1992 pela Federal Aviation Agency FAA essencialmente para dar resposta às necessidades da aviação civil tendo sido declarado operacional no final do ano de 2003 Federal Aviation Administration 2008 Três das quatro fases de desenvolvimento já foram atingidas estando a quarta em progresso juntamente com planos de melhoria da capacidade do sistema dada a evolução dos padrões SBAS em termos de serviços em dupla frequência Federal Aviation Administration 2014a 80 821 Segmento Espacial No âmbito do segmento espacial este é composto atualmente por diversos satélites de comunicação GSO responsáveis pela transmissão da mensagem de aumento através dos serviços de área WASS O sistema é composto atualmente por três tipos de satélites Federal Aviation Administration 2008 Inmarsat 4F3 Satélite lançado em 2008 Telesat Anik F1R Satélite lançado em 2005 Intelsat Galaxy 15 Satélite lançado em 2005 e reposicionado em órbita em 2011 após manutenção devido a falhas técnicas 822 Segmento de Controlo Este sistema funciona através do processamento de dados GPS reunidos por uma rede de Widearea Reference Stations WRS para gerar as mensagens SBAS nas WAAS Master Station WMS as quais reúnem os dados encaminhados pela WRS AS WRS enviam esses dados para os satélites GEO com recurso às Ground Uplink Stations GUS para que os dados de navegação sejam retransmitidos pelos satélites para os utilizadores e permitam calcular a posição Federal Aviation Administration 2014a Existem ainda OCC utilizados para monitorizar a performance do sistema realizar as correções necessárias e ainda realizar operações de manutenção periódicas Federal Aviation Administration 2008 823 Segmento de Utilizador Embora o principal objetivo do WAAS seja a comunidade de utilizadores da aviação civil ao proporcionar maior integridade e rigor dos serviços SPS GPS transmitindo informação de aumento que corrige as efemérides GPS muitos dos recetores podem ser configurados para receber e processar o SIS WAAS e assim beneficiar do rigor oferecido e aumentar os requisitos de performance Department of Transportation United States of America 2001 O SIS WAAS foi assim projetado para minimizar as modificações padrão do hardware dos recetores GPS compreendendo a modelação das frequências da portadora a estrutura das mensagens e o seu conteúdo Desta forma o WAAS transmite sinais tal como o GPS na frequência L1 modulados com o código CA Federal Aviation Administration 2015a 81 Os desempenhos do SBAS são usualmente descritos em termos de integridade precisão disponibilidade e continuidade que de acordo com as performances padrão do WAAS são divididos em cinco zonas Zona do continente americano 1 do Alaska 2 do Hawaii 3 de Porto Rico e Caraíbas 4 e outras zonas do território dos EUA 5 com uma cobertura acima dos 100000 pés acima da superfície Eldredge 2011 Federal Aviation Administration 2008 824 Futuro e Evolução Em termos futuros ainda por complementar nas duas últimas fases do projeto do sistema está a melhoria da tecnologia do sistema e atualizações do segmento espacial iniciando então a transmissão do sinal L5 GPS com especificações planeamento definição de interfaces e normas desenvolvimento de recetor entre outras referentes à fase III de melhoria da performance do sistema Clore 2011 Já a última fase fase IV das operações em dupla frequência planeada para o período 20142028 o WAAS deverá começar a operar em dupla frequência Isto implicará a transição para o serviço de dupla frequência SBAS L1 L5 até 2028 para além de manter uma robusta fiável e sustentável capacidade do sistema garantindo uma alta performance na disponibilidade com operações constantes na manutenção Federal Aviation Administration 2015a 83 MTSAT Satellite Augmentation System O SBAS japonês MTSAT Satellite Augmentation System MSAS o qual utiliza satélites Multifunctional Transport Satellites MTSAT de propriedade e operação do Japanese Ministry of Land Infrastructure and Transport e do Japan Meteorological Agency JMA tem como principal objetivo melhorar a precisão a integridade e a disponibilidade do GPS fornecendo cobertura na área do Japão e da Austrália os principais utilizadores das imagens destes satélites Japan Civil Aviation Bureau 2007 Este sistema foi declarado operacional em 2007 face ao sucesso dos primeiros testes realizados ao nível da aviação Japan Civil Aviation Bureau 2007 831 Segmento Espacial O segmento espacial é composto por dois satélites de comunicações GSO os MTSAT que fornecem dados de navegação com a correção às mensagens geradas pelas estações de controlo principal para receção dos utilizadores e ainda estão dedicados para fins 82 meteorológicos fornecendo imagens em cinco bandas de comprimento de onda O sistema é constituído no momento pelos seguintes satélitesJapan Meteorological Agency 2015 Himawari 7 Lançado em 2006 com um período de operação até este ano Himawari 8 Lançado em 2014 com um período de operação previsto até 2022 Himawari 9 Previsto ser lançado em 2016 para operação até 2029 832 Segmento de Controlo O MSAS funciona através do processamento de dados GPS recolhidos pela rede de estações de referência para gerar a mensagem SBAS que é depois enviada para os satélites GEO os quais transmitem esta informação para os recetores de utilizador calculando a posição Japan Civil Aviation Bureau 2008 O segmento de controlo é composto por quatro Ground Monitor Station que reúnem informação dos sinais de GPS e de MTSAT e enviamnos para duas Master Control Station MCS que calculam as correções de precisão diferencial e o limite de integridade enviando posteriormente para os satélites para retransmissão para o segmento de utilizador Japan Civil Aviation Bureau 2008 Este segmento é ainda complementado por duas Monitor and Ranging Station MRS que funcionam também elas como Ground Monitor Station e cuja finalidade é a determinação da correção orbital dos satélites MTSAT Japan Civil Aviation Bureau 2008 833 Segmento de Utilizador Os recetores deste sistema recebem correções MSAS dos satélites MTSAT à informação transmitida de cada satélite GPS para determinação da sua localização e tempo atual sendo o projeto dos recetores MSAS idêntico ao dos concebidos para o WAAS com performances geralmente descritas em termos de precisão integridade disponibilidade e continuidade Japan Civil Aviation Bureau 2007 834 Futuro e Evolução Num futuro próximo as melhorias dos sinais MSAS passarão pela expansão do comprimento de banda para L1 e L5 para permitir operações de dupla frequência obtenção de compatibilidade e interoperabilidade entre as diferentes constelações SBAS 83 e GNSS e ainda garantir o apoio de capacidade com GMS adicionais Japan Civil Aviation Bureau 2008 84 System for Differential Corrections and Monitoring O System for Differential Corrections and Monitoring SDCM é o SBAS atualmente em desenvolvimento pela Federação Russa como uma parte integrante do sistema global GLONASS Gibbons 2009 Ao contrário dos restantes sistemas a principal diferença é este ser concebido de forma a realizar monitorização da integridade dos satélites GLONASS para além dos do GPS Oleynik 2012 Com a arquitetura que dispõe permite uma cobertura de área que abrange toda a Rússia e cujos principais objetivos são fornecer correções diferenciais para os satélites GLONASS e analisar detalhes das performances do sistema Stupak 2013 841 Segmento Espacial Composto por 31 satélites GEO utilizam atualmente o transponder Luch Multifunctional Space Relay System de modo a permitir a transmissão de dados de correção e integridade do sistema Com um tempo de vida útil pensado para 10 anos de utilização os satélites existentes atualmente são Russian Space News 2014 Oleynik 2012 Luch5A Colocado em órbita em 2011 Luch5B Colocado em órbita em 2012 Luch5V Colocado em órbita em 2014 Para além destas transmissões prevêse ainda que o sistema forneça informação aos utilizadores via InterNet e Global System for Mobile Communications GSM através de servidores SISNet e servidores Networked Transport of RTCM via InterNet Protocol NTRIP Lyskov Head 2013 842 Segmento de Controlo O segmento de controlo SDCM é composto por uma rede de dezanove estações de referência dentro da área que detém o controlo mais quatro fora desta instalações de processamento centrais complementadas por uma estação de reserva de estações de transmissão e meios terrestres para esse fim Stupak 2013 84 843 Segmento de Utilizador Em termos de receção do sinal pelos utilizadores o rigor de posicionamento fornecido pelo SDCM será de 1 a 15 m no plano horizontal e de 2 a 3 m no vertical e esperase que este venha a oferecer um rigor ao nível dos centímetros para os utilizadores numa área de 200 km contados a partir das estações de referência com sinais nas bandas L1 L3 e L5 Federal Space Agency 2013 844 Futuro e Evolução A nível futuro apenas se sabe que a atual família de satélites Luch deverá ser substituída pela Enise no âmbito da evolução do sistema SDCM Federal Space Agency 2013 85 GPS Aided Geosynchronous Augmented Navigation System O GPS Aided Geo Augmented Navigation System GAGAN é o sistema SBAS que foi implementado pelo Governo Indiano a partir de 2001 após acordo do Airports Authority of India com a ISRO com um plano de desenvolvimento constituído em duas diferentes fases a Technology Demonstration System TDS completa em 2007 e a Final Operational Phase FOP de forma a melhorar o sinal GPS Sayeenathan 2013 851 Segmento Espacial O segmento espacial é composto por três satélites GEO operacionais Indian Research Space Organization sdc GSAT8 Lançado com sucesso em 2011 GSAT10 Lançado com sucesso em 2012 GSAT15 Planeado ser lançado até ao fim do ano 852 Segmento de Controlo Ao nível do comando e controlo os dados GPS são recebidos e processados em quinze Indian Reference Stations INRES para calcular as correções diferenciais e estimar o nível de integridade nos Indian Master Control Center INMCC Sayeenathan 2013 A mensagem SBAS após ser gerada pelos dois INMCC é enviada para os satélites GEO através das Indian Land Uplink Station INLUS Sunda 2012 85 853 Segmento de Utilizador Quanto aos recetores GAGAN que detêm a mesma tecnologia dos recetores americanos WAAS abrangidos para os sinais GPS são capazes de utilizar o SIS GAGAN e com isto a disponibilidade deste sinal veio preencher a lacuna existente entre as áreas de cobertura dos SBAS EGNOS e MSAS Inside GNSS 2014a Estes recetores recebem informação dos satélites que transmitem dados de navegação SBAS utilizando os sinais L1 e L5 com modelação semelhante ao GPS Sayeenathan 2013 No fim do ano de 2013 o sistema GAGAN foi certificado para o nível de serviço RNP Required Navigation Performance 01 pelo Director General of Civil Aviation DGCA face à capacidade de usar o SIS GAGAN no espaço aéreo indiano para rotas de navegação e aproximação nãoprecisas sem orientação vertical GPS World Staff 2014a 854 Futuro e Evolução Uma das principais preocupações da implementação deste SBAS é o comportamento da ionosfera a estas latitudes dado a Índia estar localizada no cinturão de anomalia ionosférica equatorial produzindo gradientes espaciais e temporais fornecendo orientação vertical junto a esta aos utilizadores de frequência única Portanto o equipamento de utilizador e as estações de referência do sistema SBAS podem sofrer problemas de acompanhamento e de ruído daí ser uma constante preocupação para conseguir colmatar este facto a nível futuro do sistema Wu et al 2006 86 Satellite Navigation Aided System De forma a ter também o seu próprio SBAS a República Popular da China encontra se a desenvolver o Satellite Navigation Augmentation System SNAS 861 Segmento Espacial O projeto para este sistema não conta ainda com qualquer satélite em vias de ser lançado dado estar em desenvolvimento o seu sistema de navegação global o BeiDou do qual já consegue tirar partido para operação a nível regional China Satellite Navigation Office 2012a 86 862 Segmento de Controlo Às onze estações instaladas em torno da região de Pequim na fase I do programa juntarseão mais doze já construídas pela empresa Novatel e em funcionamento desde 2002 de forma a fazer face à fase II de desenvolvimento do sistema GPS World Staff 2002 863 Segmento de Utilizador Durante a apresentação do estado de desenvolvimento do BeiDou o China Satellite Navigation Office indexou os serviços que o sistema BeiDou proporciona sendo um deles Wide Area Differential Services que presumivelmente corresponde ao sistema SBAS que visa um rigor de posicionamento de aproximadamente 1 m China Satellite Navigation Office 2011 87 Capítulo 9 Processamento de Dados GNSS 91 Dados GNSS Esta parte do trabalho da dissertação como uma componente experimental foi realizada com recurso a dados a observações GNSS de dados não processados Os dados cinemáticos no formato Receiver INdependent EXchange RINEX foram obtidos durante uma missão do NRP Auriga Os dados estáticos foram obtidos na InterNet na página do Instituto Geográfico Português IGEO para uma das estações de referência deste O RINEX é um formato padrão para gravação de dados brutos GNSS independente do fabricante do recetor e aceite por toda a comunidade de utilizadores e por todos os softwares de processamento Este formato foi projetado para evoluir ao mesmo tempo que novos sistemas de navegação vão sendo criados e novas medidas fornecidas Gurtner Mader 2011 Como referido anteriormente o produto final de um recetor de sinal de um sistema de navegação é normalmente a sua posição e velocidade com base numa série de medições de uma ou mais constelação de satélites Apesar dos recetores calcularem as posições em tempo real em muitos casos tornase relevante armazenar as medidas intermédias realizadas para esse cálculo para posterior utilização permitindo assim manipular as medidas geradas por este bem como o seu processamento offline para uma diversidade de aplicações independentemente do tipo de recetor e de aplicação computacional que lê estes ficheiros Gurtner Estey 2013 A versão mais recente do RINEX é a 32 que inclui e aceita ficheiros das versões anteriores É composta por três tipos de ficheiros ASCII o ficheiro de dados de observação o ficheiro da mensagem de navegação e o ficheiro de dados meteorológicos cujo formato foi otimizado para possuir requisitos mínimos de espaço independentes do número de diferentes tipos de observação de um recetor de satélite ou sistema específico Gurtner Mader 2011 No caso específico desta dissertação não foram utilizados dados meteorológicos Foram utilizados ficheiros da mensagem de navegação com informação das efemérides e ficheiros de dados de observação 88 92 GPSTk O GPS Toolkit GPSTk fornece um amplo conjunto de rotinas em linguagem de programação C já testadas e que podem ser incorporadas diretamente em qualquer projeto pessoal O GPSTk tem por objetivo providenciar a toda a comunidade de utilizadores e investigadores do GNSS um conjunto de rotinas e de aplicações que podem ser usadas continuamente desenvolvidas e orientadas para o processamento de dados GNSS e de outros sensores Este projeto está concebido para ser tanto quanto possível uma plataforma independente e aberta a toda comunidade sob a responsabilidade e coordenação do Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin mas que beneficia da contribuição de muitos investigadores a nível mundial Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013b Em todo o código de programação desenvolvido no GPSTk são utilizados os princípios da programação orientada por objetos na linguagem C por ser modulável extensível e de fácil manutenção Harris Mach 2007 Assim é composto por uma biblioteca principal bibliotecas auxiliares e um conjunto de aplicações que são a base para desenvolver outras mais avançadas ou adaptadas a necessidades específicas fornecendo uma larga variedade de opções que resolvem problemas de processamento associados ao GNSS incluindo o processamento ou utilização de formatos padrão como o RINEX Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013b A principal vantagem do GPSTk é a sua biblioteca de software que fornece a mais robusta útil e independente plataforma do código no GPSTk através de uma série de modelos e algoritmos robustos que afetam e estão ligados aos GNSS e estão em constante atualização como por exemplo o cálculo da posição e de efemérides estimar a refração ionosférica ou ainda a representação e conversão do tempo permitindo fornecer funcionalidades básicas para a criação de projetos independentes relacionados com os sistema de navegação por satélite e de outros sensores de navegação Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013b 93 Tratamento de dados Desenvolvido no âmbito da criação de um programa de pósprocessamento de dados GNSS para a Escola Naval esta fase inicial contou com a utilização de rotinas já existentes e a partir destas transformálas modificalas e adaptálas de forma a criar um 89 programa que venha a permitir o processamento de dados brutos GNSS no formato RINEX para o cálculo da posição de um objeto em movimento com recurso a observações de pseudodistância em modo absoluto sem estações de referência Deste modo foi utilizado o modelo ionosférico de Klobuchar com base nos parâmetros que estão incluídos na mensagem de navegação e troposféricos do RTCA em função da latitude altitude e dia do ano para medir e remover os erros associados a cada uma destas camadas da atmosfera que afetam o sinal Klobuchar 1996Radio Technical Commission for Aeronautics 2006 Para além disso foi aplicado um filtro que filtrou os satélites com observações fora dos limites e foi calculada a solução pelo método dos mínimos quadrados Por último foi feito o processamento de todos os dados com recurso ao acima referido A listagem do programa realizado encontrase no anexo C assim como o ficheiro de configuração que auxiliou na definição dos parâmetros de entrada e o código para leitura em gráficos 2D e 3D 94 Resultados Obtidos 941 Estação Estática Foi realizado o processamento de dados da estação estática TPS NETG3 do Instituto Geográfico Português localizada na posição de coordenadas WGS84 em metros X 49190321862 Y 7930553627 Z 39687464404 Os dados referentes a 5 de janeiro deste ano com um intervalo de 5 segundos permitiu analisálos e corrigir as posições durante um período correspondente a 1 hora quer para as posições obtidas dos dados GPS azul quer destas em conjunto com os do GLONASS vermelho A figura 91 diz respeito à representação 2D da altitude em metros durante esse período de tempo em segundos Como se pode observar é de realçar que os valores de altitude para o GPS se alteraram com o tempo com uma variação de cerca de 5 metros entre valores extremos portanto de acordo com o padrão de exatidão estabelecido para 90 o sistema Por outro lado a informação combinada com o GLONASS aumentou para uma altitude superior porém a variação mantevese igual Figura 91 Dispersão da altitude obtida por GPS e GPSGLONASS em função do tempo A figura 92 com representação em 2D da longitude e latitude em graus demonstra que os valores destas componentes têm uma variação em graus bastante diminuta correspondente a cerca de 4 metros também ela dentro do padrão O facto de se utilizar a combinação com os valores do GLONASS demonstra que a posição é melhorada dados os vários valores se encontrarem menos dispersos e com as variações visíveis Figura 92 Posições geográficas obtidas por GPS e GPSGLONASS 91 Por último a figura 93 em 3D com informação da latitude e longitude em graus e altitude em metros permitiu verificar a dispersão espacial na qual se denota que os valores foram mais convergentes perto dos 179 metros mantendo da mesma forma os padrões GPS e combinados dos sistemas Figura 93 Dispersão espacial das posições geográficas em função da altitude obtidas por GPS e GPSGLONASS Para os dados adquiridos desta estação foi realizada uma tabela estatística de onde se retira os valores da estimativa da posição em 2 D e 3 D com uma probabilidade de 65 e 61 respetivamente O DRMS Distance Root Mean Squared é o raio da circunferência centrada na posição verdadeira contendo a estimativa da posição em 2D com uma probabilidade de 65 A fim de calcular este valor de erro de posição horizontal foram utilizados os desvios padrão dos valores obtidos das posições conhecidas em XY referentes ao modelo ECEF 𝐷𝑅𝑀𝑆 𝜎𝑥2 𝜎𝑦2 91 92 O MRSE Mean Radial Spherical Error é o raio da esfera centrada na posição verdadeira contendo a estimativa da posição em 3D com uma probabilidade de 61 A fim de calcular este valor de erro de posição espacial foram utilizados os desvios padrão dos valores obtidos das posições conhecidas em XYZ referentes ao modelo ECEF 𝑀𝑅𝑆𝐸 𝜎𝑥2 𝜎𝑦2 𝜎𝑧2 92 X m Y m Z m 2D cm 3D cm Média GPS 4919030 7930553616 3968750 Média GPSGLONASS 4919030 7930558704 3968750 Desvio Padrão GPS 09161 04198 06146 Desvio Padrão GPSGLONASS 08932 04224 06017 DRMS GPS 65 1007705934 DRMS GPSGLONASS 65 988042509 MRSE GPS 61 1180340802 MRSE GPSGLONASS 61 1156836587 Tabela 91 Estatística de medidas de exatidão de posicionamento para estação estática Figura 94 Diferença de posicionamento com coordenadas NEU North East Up GPS e GPSGLONASS Conforme a posição geográfica fornecida pelo IGEO é assim possível concluir destas três imagens com os gráficos assim como da tabela que os valores obtidos e corrigidos 0 05 1 15 2 25 3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Diferença de Posicionamento GPS e GPSGLONASS North East Up 93 a partir do programa são coerentes Por outro lado no gráfico da figura 94 com as diferenças dos sistemas apenas podemos verificar que houve pequenas alterações com a utilização independente ou combinada do GPS e que os decréscimos de cada uma das componentes de coordenadas possa ter ocorrido devido à degradação ou erros na receção do sinal durante o período exposto Assim para estações estáticas esta primeira versão é passível de ser utilizada 942 Estação em Movimento Foi realizado o processamento de dados da estação em movimento TRIMBLE 4000SSE localizada a BB do NRP Auriga com dados referentes a 25 de junho de 2007 de uma navegação realizado por este navio com um intervalo de 1 segundo permitiu analisálos e corrigir as posições durante determinado período de tempo decorrido no movimento para as observações obtidas dos dados GPS A figura 95 em 2D da altitude em metros durante um determinado período de tempo em segundos mostra que os valores de altitude variam não só devido a determinação da posição pelo satélite como oscila devido à agitação marítima Apesar disto e de o navio se ter encontrado em movimento durante a obtenção destes dados é de realçar a discrepância de apenas 4 metros dentro do padrão GPS conforme referido no capítulo respeitante a este sistema Figura 95 Dispersão da altitude obtida por GPS em função do tempo e da agitação marítima 94 A figura 96 com uma representação em 2D da longitude e latitude em graus ao contrário da estação estática permitenos verificar a trajetória do navio ao longo da superfície da água e as guinadas por este efetuadas Embora não se consiga retirar valores concretos da exatidão ou precisão durante este movimento é uma ferramenta importante pois permitenos utilizála num âmbito específico para o cálculo de distâncias percorridas ou verificar quais os locais por onde o navio andou a navegar com maior rigor devido às correções realizadas para eliminar os erros de propagação do sinal Figura 96 Posições geográficas obtidas por GPS durante a trajetória percorrida pelo navio Por último a figura 97 em 3D com informação da latitude e longitude em graus e altitude em metros permitiu verificar a dispersão espacial na qual se denota os valores de altitude recorrentes do pequeno erro de posicionamento GPS e da agitação marítima ao longo do movimento do navio hidrográfico Utilizando as posições onde ocorreu as mudanças de rumo e introduzilas num sistema de informação geográfica verificase que este saiu do Porto de Leixões e guinou de forma a afastarse deste porto 95 Figura 97 Dispersão espacial das posições geográficas em função da altitude e da agitação marítima durante a trajetória obtidas por GPS Este programa é assim passível de também ser utilizado para o processamento de dados de estações em movimento Caso existissem dados da sonda à hora juntamente com a altura do zero hidrográfico estabelecido para este local e conhecendo os valores da posição da antena era uma ferramenta importante em levantamentos hidrográficos semelhante à técnica PPP pois poderseia ainda obter a sonda reduzida para o local onde o NRP Auriga navegou 96 97 Capítulo 10 Considerações Finais Com a evolução e o desenvolvimento dos sistemas de navegação por satélite a partir do GPS que até há década passada era o único GNSS existente no mercado o surgimento de novos e melhorados sistemas veio beneficiar toda a comunidade internacional e proporcionar qualidade e precisão no posicionamento e tempo imprescindíveis a uma diversidade de atividades que todos os dias requerem altos padrões destes sistemas Desde o lançamento do primeiro satélite Sputnik foram lançados 240 satélites pelos sistemas globais e regionais de navegação encontrandose à data de 31 de Julho de 2015 91 satélites em órbita dos quais 76 estão operacionais e 15 estão manutenção ou preparação Para além destes são utilizados ainda 13 satélites operacionais pelos sistemas de aumento Estes valores revelam a extrema importância e o avultado investimento tecnológico e financeiro que tem sido atribuído aos sistemas de posicionamento por satélite a nível mundial com tendência para incrementar no futuro Esta análise só por si justifica que se continue a acompanhar os avanços nesta área de atividade Com a interoperabilidade como o principal passo que todos os sistemas existentes tentam atingir e que será o futuro do GNSS para além da diversidade de sinais que disponibilizam e disponibilizarão será de esperar que na próxima década mais de 100 satélites se encontrem em órbita com o início da fase operacional dos novos sistemas Galileo e BeiDou juntamente com os já existentes GPS e GLONASS Deste modo irá aumentar consideravelmente o número de satélites visíveis a partir de qualquer ponto na superfície terrestre melhorando significativamente a qualidade do serviço ao utilizador A existência de um maior número de sinais possíveis de integrar com outras tecnologias significará melhores correções aos erros de propagação maior resistência a interferências e empastelamento melhor monitorização da integridade do sistema e um maior o número de observações disponíveis para a resolução das equações para a determinação da solução PVT Na verdade a alta precisão requerida e a interoperabilidade não são apenas uma questão de conveniência ou robustez dado cada vez mais as soluções fiáveis e seguras serem necessárias em áreas específicas no nosso caso da navegação e das operações navais No entanto para se conseguirem atingir todos estes objetivos referidos a modulação do sinal 98 ou os padrões de tempo por exemplo terão de ser melhorados de forma a permitir utilização e a compatibilidade entre eles em qualquer altura em qualquer lugar O DGNSS é um dos métodos de posicionamento viáveis de continuar a ser usado nomeadamente no auxílio à tomada de decisão A principal vantagem do DGNSS está em melhorar a exatidão obtida pois é da mesma ordem da que se obtém em modo absoluto ou seja em capacitar os Estados onde estão localizadas as estações com informação em tempo real sobre a integridade do sistema que pode ser difundida e alertar em tempo útil todos os utilizadores no caso de se detetar uma anomalia O GNSS está assim verdadeiramente integrado no mercado global e disponível para o utilizador em geral e para fins militares com tecnologias do recetor mais eficientes e menos onerosas e com uma exatidão centimétrica incorporada para processos de alta precisão permitindo ser suscetível de se tornar muito mais ubíqua na próxima década 101 Conclusões A análise descritiva de cada um dos sistemas de navegação por satélite que compõem o GNSS permitiu aprofundar os conhecimentos sobre estes em complemento aos adquiridos durante o curso Esta análise resultou de um trabalho de síntese e organização da informação de um tema complexo sobre o qual muito há por desenvolver e aprofundar A descrição do GNSS apresentada neste estudo constituise como uma referência que pode servir como base de estudo que possibilitará aos alunos do mestrado integrado da Escola Naval ter esta como orientação a nível bibliográfico nas unidades curriculares de Navegação e Hidrografia permitindo aprofundar o conhecimento nesta área técnica Este trabalho permitiu também retirar ilações sobre as linhas de orientação para o desenvolvimento futuro do GNSS e da interoperabilidade entre os sistemas O trabalho descritivo foi também de grande utilidade ao nível de aquisição de conhecimentos para permitir compreender os resultados obtidos com o programa de processamento de dados De uma forma sintética o sistema GPS sendo o mais antigo dos sistemas daqui em diante prevêse que faça melhorias na sua arquitetura base da mesma forma que o GLONASS apostando em sinais mais robustos e interoperáveis para a componente civil e no melhoramento do sistema de monitorização e controlo para além do lançamento de novos e melhorados satélites que virão a substituir os existentes Os novos sistemas 99 continuarão o seu desenvolvimento no caso do BeiDou passando para a componente global de disponibilização dos serviços e do Galileo de forma a atingir a plena capacidade até ao fim desta década com a transmissão dos serviços para a comunidade civil e militar Os sistemas regionais QZSS e IRNSS irão apostar respetivamente no segmento de controlo e segmento espacial em via de ter uma estrutura mais robusta e que permita um maior comando e controlo e possuir a constelação de satélites prevista Com a componente prática correspondente ao desenvolvimento de uma aplicação para o processamento de dados GNSS a Escola Naval passou a ter disponível um protótipo do seu próprio software embora ainda numa fase inicial e com limitações Através deste é possível fazer o pósprocessamento de dados dos sistemas GPS e GLONASS embora ainda de forma pouco abrangente e retirar informações de latitude longitude e altitude de um objeto em movimento ou estático Os resultados obtidos e expressos em gráficos como se pode visualizar nas imagens do capítulo anterior permitiram verificar e aprovar o programa como um elemento de confiança e passível de ser utilizado Na estação estática a única informação que não parece ser muito credível foi a obtida no gráfico da altitude em função do tempo uma vez que a posição corrigida dos dois sistemas foi uma sobreposição para uma altura superior em relação ao do sistema GPS autónomo mantendo as posições relativas das várias observações As restantes imagens denotam que houve ligeiras correções no posicionamento quando utilizado os sistemas combinados sendo os resultados estatísticos da tabela uma prova de que o erro espacial e horizontal estava dentro dos padrões dos sistemas tal como através da figura com as coordenadas North East Up para os mesmos dados utilizados Na estação em movimento não houve qualquer divagação dos resultados apesar da análise da altitude em função do tempo decorrido não ser possível de distinguir as variações dos erros do satélites e da agitação marítima dado não existir dados sobre esses fatores oceanográficos e também essa análise não ser o objetivo principal deste trabalho 102 Recomendações Decorrente do desenvolvimento dos sistemas de posicionamento por satélite e consequentemente do GNSS previsto para os próximos anos recomendase que se continue a acompanhar a evolução destes sistemas e o consequente impacto para a Marinha Este acompanhamento dos avanços tecnológicos ao nível do GNSS é muito 100 importante para a integridade e resistência a interferências dos sistemas de navegação a bordo dos navios designadamente em ambiente hostil Embora se encontre operacional e operável por qualquer pessoa que tenhas noções básicas de programação e tratamento de dados a aplicação desenvolvida neste trabalho necessita de avultadas melhorias para que se torne mais fácil de utilizar e permita obter resultados de melhor qualidade e rigor Sendo uma aplicação suscetível de ser facilmente parametrizável com recurso às rotinas de utilização livre do GPSTk em linguagem C é recomendável que a nível futuro este seja desenvolvido para que disponha dos seguintes pontos Melhorar o aspeto gráfico do programa ao nível do utilizador com o interface atrativo e eficiente Adicionar campos que permitam a utilização dos vários sistemas de posicionamento por satélite que compõem o GNSS de forma independente e interoperável Tornar a visualização dos resultados mais percetível e incluir gráficos 2D e 3D que permitam uma observação gráfica imediata à medida que os dados vão sendo processados de forma a serem parametrizados pelo utilizador Incluir dados de outros sensores de navegação por exemplo sensores inerciais e integrar de forma ótima com os dados GNSS Integrar os sistemas Galileo e BeiDou para que se possa recolher informação útil a partir dos dados das efemérides transmitidas num determinado sinal recebido por uma estação móvel ou estática que tenha essa capacidade Este programa denota uma elevada importância e relevância daí ser pertinente que seja continuado e melhorado em futuras dissertações de mestrado Através dele será possível processar por exemplo os dados de ROVs Remotely Operated Vehicle eou UAVs Unmanned Aerial Vehicle criados pela Escola Naval no âmbito dos projetos do Centro de Investigação Naval ou mesmo poder vir a ser integrado mais tarde nestes e ser computorizado a partir de terra em tempo real dando um amplo espetro de aplicações bastante relevantes para o futuro da Marinha Portuguesa 101 Bibliografia Aeronautics and Space Engineering Board National Research Council 1995 The Global Positioning System A Shared National Asset Washington National Academies Press Air Force Space Command 14 de Junho de 2013 AFSPC Tests GPS Civil Signals L2C and L5 Obtido de Air Force Space Command httpwwwafspcafmilnews1storyaspid123352588 Alexey B 2014 GLONASS Open Service Performance Parameters Standard and GNSS Open Service Performance Parameters Template Status Moscow Russian Federal Space Agency Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 5 de Dezembro de 2013a Overview Obtido de GPSTk httpwwwgpstkorgbinviewDocumentationWebHome Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 5 de Dezembro de 2013b What is GPSTk Obtido de GPSTk 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Satellite System httpwwwbeidougovcn20121214201212142e8f29c30e0d464c9b34d68287 06f81ahtml Bell J 2010 Como realizar um projecto de investigação Lisboa Gradiva Benedicto J Dinwiddy S E Gatti G Lucas R Lugert M 2000 GALILEO Satellite System Design and Technology Developments Noordwijk European Space Agency Bhaskaranarayana A 2008 Indian IRNSS and GAGAN COSPAR Meeting Montreal Indian Space Research Organization Boehm J Werl B Schuh H 2006 Troposphere mapping functions for GPS and very long baseline interferometry from European Centre for MediumRange Weather Forecasts operational analysis data Journal of Geophysical Research Chen J 2011 Analysis of the GNSS Augmentation Technology Architecture Proceedings of the 24th International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation Pequim Chen J Wu B Hu X Zhou S Cao Y Wu X Xing N 2012 CompassBeidou System Status and Initial Service IGS Workshop on GNSS Biases Universidade de Bern Shanghai Astronomical Observatory 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httpeceuropaeuenterprisepoliciessatnavgalileoindexenhtm European Commision 10 de Junho de 2015 EGNOS Obtido de European Commision httpeceuropaeugrowthsectorsspaceegnos European Commission European Space Agency 23 de Setembro de 2002 Mission High Level Definition European Commission European Geostationary Navigation Overlay Service 2009 User Guide for EGNOS Application Developers Toulose EGNOS Project Office European GNSS Agency 2014a EGNOS Data Access Service EDAS Service Definition Document Prague European GNSS Agency 105 European GNSS Agency 2014b EGNOS Open Service OS Service Definition Document Prague European GNSS Agency European GNSS Agency 2014c EGNOS Safety of Life SoL Service Definition Document Prague European GNSS Agency European GNSS Agency 24 de Março de 2014d EGNOS Capability and Service Enhanced with Addition of New Generation Transponders Obtido de European Global Navigation Satellite Systems Agency httpwwwgsaeuropaeunewsegnoscapabilityandserviceenhanced additionnewgenerationtransponders European GNSS Agency 30 de Junho de 2014e First SignalInSpace tests of the Galileo Commercial Service Demonstrator Obtido de EGNOS httpegnos portalgsaeuropaeunewsfirstsignalspacetestsgalileocommercialservice demonstrator European GNSS Agency sda About EGNOS Obtido de EGNOS httpwwwegnos portaleudiscoveregnosaboutegnos European GNSS Agency sdb Benefits Obtido de Europen GNSS Agency httpwwwgsaeuropaeugalileobenefits European GNSS Agency sdc International Cooperation Obtido de European GNSS Agency httpwwwgsaeuropaeugalileointernationalcooperation European GNSS Agency sdd What is SBAS Obtido de EGNOS httpegnos portalgsaeuropaeudiscoveregnosaboutegnoswhatsbas European Space Agency 2003 Business in Satellite Navigation An overview of market developments European Space Agency European Space Agency 6 de Junho de 2007a Maritime Obtido de European Space AgencyhttpwwwesaintOurActivitiesNavigationNavigationApplications Maritime European Space Agency 16 de Agosto de 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httpwwwnovatelcoman introductiontognsschapter3satellitesystemsglonass NovAtel sd GPS Obtido de NovAtel httpwwwnovatelcomanintroductionto gnsschapter3satellitesystemsgps NovAtel sd NovAtelChartH Obtido de NovAtel httpwwwnovatelcomassetsDocumentsDownloadsNovAtelChartHpdf NovAtel sd Other Systems Obtido de NovAtel httpwwwnovatelcoman introductiontognsschapter3satellitesystemsothersystems NovAtel sd Step 2 Propagation Obtido de NovAtel httpwwwnovatelcoman introductiontognsschapter2basicgnssconceptsstep2propagation Oehler V Krueger J M Beck T Kirchner M Trautenberg H L Hahn J Blonski D 2009 Galileo System Performance Status Report 22nd International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation Savannah Office of the Press Secretary 18 de Setembro de 2007 Statement by the Press Secretary Obtido de The White House httpgeorgewbush whitehousearchivesgovnewsreleases200709200709182html 117 Official Journal of the European Communities 1999 Council Resolution of 19 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Air Force Base Space Launch Complex 3 East Va SLC3W Vandenberg Air Force Base Space Launch Complex 3 West CC LC17A Cape Canaveral Air Force Station Launch Complex 17 Pad A CC LC17B Cape Canaveral Air Force Station Launch Complex 17 Pad B CC SLC17A Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 17 Pad A CC SLC17B Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 17 Pad B CC SLC37B Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 37 Pad B CC SLC41 Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 41 Tabela A2 Locais de lançamento satélites GPS A2 A11 Block I Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GPS 1 22021978 AtlasF SGS1 Va SLC3E 4 MEO Retirado Julho 1985 GPS 2 13051978 AtlasF SGS1 Va SLC3E 7 Retirado Fevereiro 1988 GPS 3 07101978 AtlasF SGS1 Va SLC3E 6 Retirado Maio 1992 GPS 4 11121978 AtlasF SGS1 Va SLC3E 8 Retirado Outubro 1989 GPS 5 09021980 AtlasF SGS1 Va SLC3E 5 Retirado Maio 1984 GPS 6 26041980 AtlasF SGS1 Va SLC3E 9 Retirado Março 1991 GPS 7 19121981 AtlasE SGS1 Va SLC3E Falhou órbita GPS 8 14071983 AtlasE SGS2 Va SLC3W 11 Retirado Maio 1993 GPS 9 13061984 AtlasE SGS2 Va SLC3W 13 Retirado Fevereiro 1994 GPS 10 08091984 AtlasE SGS2 Va SLC3W 12 Retirado Novembro 1995 GPS 11 09101985 AtlasE SGS2 Va SLC3W 3 Retirado Abril 1994 Tabela A3 Satélites Block I GPS A12 Block II Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GPS2 1 14021989 Delta6925 CC LC17A 14 MEO Retirado março 2000 GPS2 2 10061989 Delta6925 CC LC17A 2 Retirado fevereiro 2004 GPS2 3 18081989 Delta6925 CC LC17A 16 Retirado outubro 2000 GPS2 4 21101989 Delta6925 CC LC17A 19 Retirado março 2001 GPS2 5 11121989 Delta6925 CC LC17B 17 Retirado fevereiro 2005 GPS2 6 24011990 Delta6925 CC LC17A 18 Retirado agosto 2000 GPS2 7 26031990 Delta6925 CC LC17A 20 Retirado maio 1996 GPS2 8 02081990 Delta6925 CC LC17A 21 Retirado setembro 2002 GPS2 9 01101990 Delta6925 CC LC17A 15 Retirado novembro 2006 Tabela A4 Satélites Block II GPS A3 A13 Block IIA Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GPS2A 1 26111990 Delta7925 CC LC17A 2332 MEO Operacional GPS2A 2 04071991 Delta7925 CC LC17A 24 Retirado setembro 2011 GPS2A 3 23021992 Delta7925 CC LC17B 25 Retirado dezembro 2009 GPS2A 4 10041992 Delta7925 CC LC17B 28 Retirado novembro 1996 GPS2A 5 07071992 Delta7925 CC LC17B 26 Retirado janeiro 2015 GPS2A 6 09091992 Delta7925 CC LC17A 27 Retirado agosto 2011 GPS2A 7 22111992 Delta7925 CC LC17A 31 1 30 NA Retirado março 2008 GPS2A 8 18121992 Delta7925 CC LC17B 29 Retirado outubro 2007 GPS2A 9 03021993 Delta7925 CC LC17A 22 Retirado dezembro 2002 GPS2A 10 30031993 Delta7925 CC LC17A 31 Retirado outubro 2005 GPS2A 11 13051993 Delta7925 CC LC17A 7 1 24 Retirado dezembro 2007 GPS2A 12 26061993 Delta7925 CC LC17A 9 Retirado maio 2014 GPS2A 13 30081993 Delta7925 CC LC17B 5 30 Retirado março 2013 GPS2A 14 26101993 Delta7925 CC LC17B 4 Operacional GPS2A 15 10031994 Delta7925 CC LC17A 6 Retirado fevereiro 2014 GPS2A 16 27031996 Delta7925 CC LC17B 3 Retirado agosto 2014 GPS2A 17 16071996 Delta7925 CC LC17A 10 Retirado julho 2015 GPS2A 18 12091996 Delta7925 CC LC17A 30 Retirado julho 2011 GPS2A 19 06111997 Delta7925 CC LC17A 8 Retirado outubro 2014 Tabela A5 Satélites Block IIA GPS A14 Block IIR Satélite Data Lançamento Veículo de Lançamento Local de Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GPS2R 1 16011997 Delta7925 CC LC17A 12 MEO Falhou órbita GPS2R 2 23071997 Delta7925 CC LC17A 13 Operacional GPS2R 3 07101999 Delta7925 CC SLC17A 11 Operacional GPS2R 4 11052000 Delta7925 CC SLC17A 20 Operacional GPS2R 5 16072000 Delta7925 CC SLC17A 28 Operacional GPS2R 6 10112000 Delta7925 CC SLC17A 14 Operacional GPS2R 7 30012001 Delta7925 CC SLC17A 18 Operacional GPS2R 8 29012003 Delta7925 CC SLC17B 16 Operacional GPS2R 9 31032003 Delta7925 CC SLC17A 21 Operacional GPS2R 10 21122003 Delta7925 CC SLC17A 22 Operacional GPS2R 11 20032004 Delta7925 CC SLC17B 19 Operacional GPS2R 12 23062004 Delta7925 CC SLC17B 23 Operacional GPS2R 13 06112004 Delta7925 CC SLC17B 2 Operacional Tabela A6 Satélites Block IIR GPS A4 A15 Block IIRM Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GPS2RM 1 26092005 Delta7925 CC SLC17A 17 MEO Operacional GPS2RM 2 25092006 Delta7925 CC SLC17A 31 Operacional GPS2RM 3 17112006 Delta7925 CC SLC17A 12 Operacional GPS2RM 4 17102007 Delta7925 CC SLC17A 15 Operacional GPS2RM 5 20122007 Delta7925 CC SLC17A 29 Operacional GPS2RM 6 15032008 Delta7925 CC SLC17A 7 Operacional GPS2RM 7 24032009 Delta7925 CC SLC17A 1 27 30 6 NA Reserva GPS2RM 8 17082009 Delta7925 CC SLC17A 5 Operacional Tabela A7 Satélites Block IIRM GPS A16 Block IIF Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GPS2F 1 28052010 Delta4M42 CC SLC37B 25 MEO Operacional GPS2F 2 16072011 Delta4M42 CC SLC37B 1 Operacional GPS2F 3 04102012 Delta4M42 CC SLC37B 24 Operacional GPS2F 4 15052013 Atlas5401 CC SLC41 27 Operacional GPS2F 5 21022014 Delta4M42 CC SLC37B 30 Operacional GPS2F 6 17052014 Delta4M42 CC SLC37B 6 Operacional GPS2F 7 02082014 Atlas5401 CC SLC41 9 Operacional GPS2F 8 29102014 Atlas5401 CC SLC41 3 Operacional GPS2F 9 25032015 Delta4M42 CC SLC37B 26 Operacional GPS2F 10 15072015 Atlas5401 CC SLC41 8 Testes Tabela A8 Satélites Block IIF GPS Nota Alguns satélites apresentamapresentaram mais de um PRN número pelo qual são identificados devido a estes terem deixado de estar operacionais ou terem tido problemas a nível da arquitetura o que leva estes após serem recolocados na órbita ou terem sido considerados aptos novamente a terem novo PRN A5 A2 Sistema GLONASS Até 31 de julho de 2015 o sistema GLONASS enviou para a órbita os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdf Block Lançados Operacionais Testes Manutenção Preparação Retirados Lançamento falhado Uragan Block I 10 0 0 10 0 Uragan Block IIa 9 0 0 9 0 Uragan Block IIb 12 0 0 6 6 Uragan Block IIv 56 0 0 56 0 UraganM 43 24 2 11 6 UraganK1 2 0 2 0 0 Total 132 24 4 92 12 Tabela A9 Situação atual dos satélites GLONASS Local de lançamento Designação Ba LC 20039 Baikonur Cosmodrome Launch Complex Site 200 Area 39 Ba LC 20040 Baikonur Cosmodrome Launch Complex Site 200 Area 40 Ba LC 8123 Baikonur Cosmodrome Launch Complex Site 81 Area 23 Ba LC 8124 Baikonur Cosmodrome Launch Complex Site 81 Area 24 PILC434 Plesetsk Cosmodrome Launch Complex Site 43 Area 4 Tabela A10 Locais de lançamento satélites GLONASS A6 A21 Uragan Block I Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento Slot Tipo Órbita Estado Kosmos 1413 12101982 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 1 MEO Retirado janeiro 1984 Kosmos 1490 10081983 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 3 Retirado julho 1984 Kosmos 1491 10081983 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 2 Retirado setembro 1984 Kosmos 1519 29121983 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 18 Retirado setembro 1984 Kosmos 1520 29121983 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 17 Retirado junho 1986 Kosmos 1554 19051984 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 19 Retirado agosto 1985 Kosmos 1555 19051984 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 18 Retirado outubro 1985 Kosmos 1593 04091984 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 2 Retirado novembro 1985 Kosmos 1594 04091984 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 3 Retirado setembro 1986 Kosmos 1650 17051985 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 1 Retirado novembro 1985 Tabela A11 Satélites Uragan Block I GLONASS A22 Uragan Block IIa Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento Slot Tipo Órbita Estado Kosmos 1651 17051985 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 1 MEO Retirado agosto 1987 Kosmos 1710 2412198 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 18 Retirado fevereiro 1987 Kosmos 1711 24121985 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 17 Retirado maio 1987 Kosmos 1778 16091986 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 2 Retirado fevereiro 1987 Kosmos 1779 16091986 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 3 Retirado julho 1988 Kosmos 1780 16091986 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 8 Retirado junho 1988 Kosmos 1987 10011989 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 2 Retirado março 1993 Kosmos 2022 31051989 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 24 Retirado janeiro 1990 Kosmos 2023 31051989 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 19 Retirado novembro 1989 Tabela A12 Satélites Uragan Block I GLONASS A7 A23 Uragan Block IIb Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento Slot Tipo Órbita Estado Kosmos 1838 24041987 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 MEO Falhou órbita Kosmos 1839 24041987 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 Falhou órbita Kosmos 1840 24041987 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 Falhou órbita Kosmos 1883 16091987 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 Retirado junho 1989 Kosmos 1884 16091987 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 Retirado agosto 1988 Kosmos 1885 16091987 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 17 Retirado fevereiro 1989 Kosmos 1917 17021988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 Falhou órbita Kosmos 1918 17021988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 Falhou órbita Kosmos 1919 17021988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 Falhou órbita Kosmos 1946 21051988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 7 Retirado maio 1990 Kosmos 1947 21051988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 8 Retirado março 1991 Kosmos 1948 21051988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 1 Retirado junho 1991 Tabela A13 Satélites Uragan Block IIb GLONASS A24 Uragan Block IIv Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento Slot Tipo Órbita Estado Kosmos 1970 16091988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 17 MEO Retirado maio 1990 Kosmos 1971 16091988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 18 Retirado agosto 1989 Kosmos 1972 16091988 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 19 Retirado novembro 1991 Kosmos 1988 10011989 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 3 Retirado fevereiro 1992 Kosmos 2079 19051990 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 17 Retirado abril 1994 Kosmos 2080 19051990 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 19 Retirado julho 1994 Kosmos 2081 19051990 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 20 Retirado agosto 1992 Kosmos 2109 08121990 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 7 Retirado março 1994 Kosmos 2110 08121990 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 4 Retirado outubro 1993 Kosmos 2111 08121990 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20040 5 Retirado junho 1996 Kosmos 2139 04041991 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 22 Retirado setembro 1994 Kosmos 2140 04041991 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 21 Retirado janeiro 1992 Kosmos 2141 04041991 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 24 Retirado fevereiro 1992 Kosmos 2177 29011992 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 3 Retirado janeiro 1993 Kosmos 2178 29011992 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 8 Retirado maio 1997 Kosmos 2179 29011992 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 1 Retirado outubro 1996 Kosmos 2204 30071992 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 18 Retirado junho 1997 Kosmos 2205 30071992 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 21 Retirado junho 1994 Kosmos 2206 30071992 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 24 Retirado maio 1996 Kosmos 2234 17021993 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 2 Retirado março 1994 Kosmos 2235 17021993 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 6 Retirado junho 1997 Kosmos 2236 17021993 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 3 Retirado julho 1997 A8 Kosmos 2275 11041994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 18 MEO Retirado março 1999 Kosmos 2276 11041994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 17 Retirado julho 1999 Kosmos 2277 11041994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 23 Retirado julho 1997 Kosmos 2287 11081994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 12 Retirado novembro 1998 Kosmos 2288 11081994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 14 Retirado agosto 1999 Kosmos 2289 11081994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8123 16 Retirado agosto 2000 Kosmos 2294 20111994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 4 Retirado setembro 1999 Kosmos 2295 20111994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 3 Retirado julho 1999 Kosmos 2296 20111994 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 6 Retirado outubro 1999 Kosmos 2307 07031995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 20 Retirado setembro 1999 Kosmos 2308 07031995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 22 Retirado novembro 2000 Kosmos 2309 07031995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 19 Retirado julho 1997 Kosmos 2316 24071995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 15 Retirado dezembro 1998 Kosmos 2317 24071995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 10 Retirado janeiro 2001 Kosmos 2318 24071995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 11 Retirado fevereiro 2001 Kosmos 2323 14121995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 9 Retirado agosto 2000 Kosmos 2324 14121995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 15 Retirado janeiro 2001 Kosmos 2325 14121995 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 13 Retirado julho 2001 Kosmos 2362 30121998 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 7 Retirado outubro 2003 Kosmos 2363 30121998 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 8 Retirado dezembro 2003 Kosmos 2364 30121998 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 1 Retirado julho 2002 Kosmos 2374 13102000 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 18 Retirado novembro 2007 Kosmos 2375 13102000 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 17 Retirado abril 2007 Kosmos 2376 13102000 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 24 Retirado março 2006 Kosmos 2380 01122001 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 6 Retirado dezembro 2003 Kosmos 2381 01122001 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 3 Retirado janeiro 2008 Kosmos 2394 25122002 ProtonK BlokDM 2M Ba LC 8123 22 Retirado novembro 2007 Kosmos 2395 25122002 ProtonK BlokDM 2M Ba LC 8123 21 Retirado janeiro 2008 Kosmos 2396 25122002 ProtonK BlokDM 2M Ba LC 8123 23 Retirado abril 2007 Kosmos 2402 10122003 ProtonK BrizM Ba LC 8124 2 Retirado abril 2007 Kosmos 2403 10122003 ProtonK BrizM Ba LC 8124 4 Retirado abril 2009 Kosmos 2411 26122004 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 1 Retirado outubro 2008 Kosmos 2412 26122004 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 8 Retirado outubro 2008 Kosmos 2417 25122005 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 22 Retirado janeiro 2008 Tabela A14 Satélites Uragan Block IIv GLONASS A9 A25 Uragan M Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento Slot Tipo Órbita Estado Kosmos 2382 01122001 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 5 MEO Retirado janeiro 2008 Kosmos 2404 10122003 ProtonK BrizM Ba LC 8124 6 Retirado junho 2009 Kosmos 2413 26122004 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 8 Retirado novembro 2012 Kosmos 2418 25122005 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 24 Retirado fevereiro 2010 Kosmos 2419 25122005 ProtonK BlokDM2 Ba LC 20039 17 Operacional Kosmos 2424 25122006 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 14 Operacional Kosmos 2425 25122006 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 15 Operacional Kosmos 2426 25122006 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 10 Operacional Kosmos 2431 26102007 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 17 Retirado outubro 2011 Kosmos 2432 26102007 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 20 Operacional Kosmos 2433 26102007 ProtonK BlokDM2 Ba LC 8124 19 Operacional Kosmos 2434 25122007 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 13 Operacional Kosmos 2435 25122007 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 14 Retirado outubro 2011 Kosmos 2436 25122007 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 11 Operacional Kosmos 2442 25092008 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 18 Retirado fevereiro 2014 Kosmos 2443 25092008 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 21 Manutenção Kosmos 2444 25092008 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 22 Retirado novembro 2012 Kosmos 2447 25122008 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 3 Retirado novembro 2012 Kosmos 2448 25122008 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 2 Retirado outubro 2013 Kosmos 2449 25122008 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 8 Retirado setembro 2012 Kosmos 2456 14122009 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 1 Operacional Kosmos 2457 14122009 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 6 Operacional Kosmos 2458 14122009 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 5 Operacional Kosmos 2459 01032010 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 22 Operacional Kosmos 2460 01032010 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 23 Operacional Kosmos 2461 01032010 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 24 Operacional Kosmos 2464 02092010 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 9 Operacional Kosmos 2465 02092010 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 12 Operacional Kosmos 2466 02092010 ProtonM BlokDM2 Ba LC 8124 16 Operacional Kosmos 2470 05122010 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 Falhou órbita Kosmos 2471 05122010 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 Falhou órbita Kosmos 2472 05122010 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 Falhou órbita Kosmos 2474 02102011 Soyuz21b FregatM PILC434 4 Operacional Kosmos 2475 04112011 ProtonM BrizM Ba LC 8124 8 Operacional Kosmos 2476 04112011 ProtonM BrizM Ba LC 8124 3 Operacional Kosmos 2477 04112011 ProtonM BrizM Ba LC 8124 7 Operacional Kosmos 2478 28112011 Soyuz21b FregatM PILC434 17 Manutenção Kosmos 2485 26042013 Soyuz21b FregatM PILC434 2 Operacional A10 Kosmos 2488 02072013 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 MEO Falhou órbita Kosmos 2489 02072013 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 Falhou órbita Kosmos 2490 02072013 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 Falhou órbita Kosmos 2491 23032014 Soyuz21b FregatM PILC434 18 Operacional Kosmos 2500 14062014 Soyuz21b FregatM PILC434 21 Operacional Tabela A15 Satélites Uragan M GLONASS A26 Uragan K1 Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento Slot Tipo Órbita Estado Kosmos 2471 26022011 ProtonM BlokDM3 Ba LC 8124 20 MEO Testes Kosmos 2501 30112014 Soyuz21b FregatM PILC434 9 Testes Tabela A16 Satélites Uragan K1 GLONASS Nota Os satélites GLONASS são identificados por um valor equivalente a 64 mais o valor do Slot Number Isto deve aos satélites utilizarem a técnica de transmissão FDMA ao contrário dos restantes sistemas levando a que não possuam um valor de PRN A3 Sistema Galileo Até 31 de julho de 2015 o sistema Galileo enviou para a órbita os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdb Block Lançados Operacionais Testes Manutenção Preparação Retirados Lançamento falhado GioveA 1 0 0 1 0 GioveB 1 0 0 1 0 GalileoIOV 4 3 1 0 0 GalileoFOC 4 0 4 0 0 Total 10 3 5 2 0 Tabela A17 Situação atual dos satélites Galileo Local de lançamento Designação Ba LC316 Baikonur Cosmodrome Launch Complex Site 31 Area 6 Ko ELS Guiana Space Centre Ensemble de Lancement Soyouz Tabela A18 Locais de lançamento satélites Galileo A11 A31 Giove Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Giove A 28122005 SoyuzFG Fregat Ba LC316 MEO Retirado julho 2012 Giove B 26042008 SoyuzFG Fregat Ba LC316 Retirado julho 2012 Tabela A19 Satélites Giove Galileo A32 Galileo IOV Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Galileo 1 PFM 21102011 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E11 MEO Operacional Galileo 2 FM2 21102011 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E12 Operacional Galileo 3 FM3 12102012 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E19 Operacional Galileo 4 FM4 12102012 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E20 Manutenção Tabela A20 Satélites Galileo IOV Galileo A33 Galileo FOC Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Galileo 5 FM1 22082014 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E18 MEO Em preparação Galileo 6 FM2 22082014 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E14 Em preparação Galileo 7 FM3 27032015 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E26 Em preparação Galileo 8 FM4 27032015 SoyuzSTB FregatMT Ko ELS E22 Em preparação Tabela A21 Satélites Galileo FOC Galileo A4 Sistema BeiDou Até 31 de julho de 2015 o sistema BeiDou enviou para a órbita os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sda Block Lançados Operacionais Testes Manutenção Preparação Retirados Lançamento falhado Beidou1 4 0 0 4 0 Beidou2 G 6 5 0 1 0 Beidou2 I 5 5 0 0 0 Beidou2 M 5 4 1 0 0 BeiDou3 I 1 0 1 0 0 BeiDou3 M 2 0 2 0 0 Total 23 14 4 5 0 Tabela A22 Situação atual dos satélites BeiDou A12 Local de lançamento Designação Xi LC2 Xichang Satellite Launch Center 2 Xi LC3 Xichang Satellite Launch Center 3 Tabela A23 Locais de lançamento satélites BeiDou A41 BeiDou1 Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado BeiDou1 A 30102000 CZ3A Xi LC2 NA GEO Retirado dezembro 2011 BeiDou1 B 20122000 CZ3A Xi LC2 NA Retirado dezembro 2011 BeiDou1 C 24052003 CZ3A Xi LC2 NA Retirado dezembro 2012 BeiDou1 D 02022007 CZ3A Xi LC2 NA Retirado fevereiro 2009 Tabela A24 Satélites BeiDou1 BeiDou A42 BeiDou2 Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado BeiDou2 G1 16012010 CZ3C Xi LC2 C01 GEO Operacional BeiDou2 G2 14042009 CZ3C Xi LC2 NA Retirado BeiDou2 G3 02062010 CZ3C Xi LC2 C03 Operacional BeiDou2 G4 31102010 CZ3C Xi LC2 C04 Operacional BeiDou2 G5 24022012 CZ3C Xi LC2 C05 Operacional BeiDou2 G6 25102012 CZ3C Xi LC2 C02 Operacional BeiDou2 I1 31072010 CZ3A Xi LC3 C06 IGSO Operacional BeiDou2 I2 17122010 CZ3A Xi LC3 C07 Operacional BeiDou2 I3 09042011 CZ3A Xi LC3 C08 Operacional BeiDou2 I4 26072011 CZ3A Xi LC3 C09 Operacional BeiDou2 I5 01122011 CZ3A Xi LC3 C10 Operacional BeiDou2 M1 13042007 CZ3A Xi LC3 C30 MEO Manutenção BeiDou2 M2 18092012 CZ3B G1 Xi LC2 C14 Operacional BeiDou2 M3 29042012 CZ3B G1 Xi LC2 C11 Operacional BeiDou2 M4 29042012 CZ3B G1 Xi LC2 C12 Operacional BeiDou2 M5 18092012 CZ3B G1 Xi LC2 C13 Operacional Tabela A25 Satélites BeiDou2 BeiDou A13 A43 BeiDou3 Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado BeiDou3 I1S 30032015 CZ3C YZ1 Xi LC2 NA IGSO Em preparação BeiDou3 M1S 25072015 CZ3B YZ1 Xi LC2 NA MEO Em preparação BeiDou3 M2S 25072015 CZ3B YZ1 Xi LC2 NA Em preparação Tabela A26 Satélites BeiDou3 BeiDou A5 Sistema INRSS Até 31 de julho de 2015 o sistema IRNSS enviou para a órbita os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdc Block Lançados Operacionais Testes Manutenção Preparação Retirados Lançamento falhado IRNSS1 4 4 0 0 0 Total 4 4 0 0 0 Tabela A27 Situação atual dos satélites IRNSS Local de lançamento Designação Sr FLP Satish Dhawan Space Center First Launch Pad Tabela A28 Locais de lançamento satélites IRNSS A51 IRNSS1 Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado IRNSS1A 01072013 PSLVC22 Sr FLP 193 IGSO Operacional IRNSS1B 04042014 PSLVC24 Sr FLP 194 IGSO Operacional IRNSS1C 15102014 PSLVC26 Sr FLP 195 GEO Operacional IRNSS1D 28032015 PSLVC27 Sr FLP 196 IGSO Operacional Tabela A29 Satélites IRNSS1 IRNSS A14 A6 Sistema QZSS Até 31 de julho de 2015 o sistema QZSS enviou para a órbita os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdd Block Lançados Operacionais Testes Manutenção Preparação Retirados Lançamento falhado QZS 1 1 1 0 0 0 Total 1 1 0 0 0 Tabela A30 Situação atual dos satélites QZSS Local de lançamento Designação Ta YLP1 Tanegashima Space Center First Launch Pad 1 Tabela A31 Locais de lançamento satélites QZSS A61 QZS 1 Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Michibiki 11092010 H2A202 Ta YLP1 183 HEO Operacional Tabela A32 Satélites QZS1 QZSS A7 Sistema EGNOS Até 31 de julho de 2015 o sistema EGNOS utilizava os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdb Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Inmarsat 3 F2 AORE 02032011 ProtonK Blok DM1 Ba LC8123 120 GEO Operacional Astra 5B 22032014 Ariane5ECA Ko ELA3 123 Operacional ESAArtemis 12072001 Ariane5G Ko ELA3 124 Operacional Inmarsat 4 F2 IORW 08112005 Zenit3SL 2 SL 126 Operacional Astra 4B 09072012 ProtonM BrizM Ba LC8124 136 Operacional Tabela A33 Satélites EGNOS A15 A8 Sistema WAAS Até 31 de julho de 2015 o sistema WAAS utilizava os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sde Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Inmarsat 3F3 18121996 Atlas2A CC LC36B 134 GSO Retirado Inmarsat 3F4 AORW 03061997 Ariane44L H103 Ko ELA2 122 Retirado Inmarsat 4F3 18082008 ProtonM BrizM Ba LC20039 133 Operacional Intelsat Galaxy 15 13102005 Ariane 5GS Ko ELA3 135 Operacional Telesat Anik F1R 08092005 ProtonM BrizM Ba LC20039 138 Operacional Tabela A34 Satélites WAAS A9 Sistema MSAS Até 31 de julho de 2015 o sistema MSAS utilizava os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdd Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Himawari 7 18022006 H2A2024 Ta YLP1 129 GSO Operacional Himawari 8 07102014 H2A202 Ta YLP1 137 Operacional Tabela A35 Satélites MSAS A10 Sistema SDCM Até 31 de julho de 2015 o sistema SDCM utilizava os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdf Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado Luch5A 11122011 ProtonMBrizM Ba LC8124 140 GEO Operacional Luch5B 02112012 ProtonMBrizM Ba LC8124 125 Operacional Luch5V 28042014 ProtonMBrizM Ba LC8124 141 Operacional Tabela A36 Satélites SDCM A16 A11 Sistema GAGAN Até 31 de julho de 2015 o sistema GAGAN utilizava os seguintes satélites Grayzeck 2014 Gunter Space sdc Satélite Data Lançamento Veículo Lançamento Local Lançamento PRN Tipo Órbita Estado GSAT8 20052011 Ariane5ECA Ko ELA3 127 GEO Operacional GSAT10 28092012 Ariane5ECA Ko ELA3 128 Operacional Tabela A37 Satélites GAGAN A12 Resumo satélites de navegação globais e regionais Até 31 de julho de 2015 o total de satélites de navegação enviados para a órbita e operacionais dos vários sistemas globais e regionais são os seguintes Sistema Lançados Operacionais Testes Manutenção Preparação GPS 70 30 2 GLONASS 132 24 4 Galileo 10 3 5 BeiDou 23 14 4 IRNSS 4 4 0 QZSS 1 1 0 Total 240 76 15 Tabela A38 Tabela resumo dos satélites de navegação globais e regionais B1 Anexo B Notas sobre o GPS Toolkit B1 O que é o GPSTk O GPSTk é um projeto do tipo open source software patrocinado pelo Space and Geophysics Laboratory do Applied Research Laboratories of the University of Texas ARL UT iniciado ainda antes do lançamento do primeiro satélite em 1978 Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013a O GPSTk beneficia colaborações a nível mundial e resultou do esforço combinado de muitos estudiosos de sistemas de navegação por satélite e de engenheiros de software para a sua criação O seu principal objetivo é o de providenciar uma biblioteca de software gratuito e um conjunto de aplicações que permitem realizar o processamento de dados GNSS disponíveis para a comunidade de navegação por satélite A primeira versão do GPSTk foi concluída em 2004 e apresentada pela primeira vez no IONGNSS2004 Institute of Navigation Conference No âmbito da Lesser GNU Public License LGPL que disponibiliza o software GPSTk dá o direito aos utilizadores e investigadores de utilizálo optando por modificar ou redistribuir o código principal Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013a A LGPL não exige que os trabalhos realizados com base no GPSTk adotem uma licença de open source o que faz dele uma opção prática para projetos pessoais e comercias B2 Porque o GPSTk Uma das grandes vantagens do GPSTk está na sua flexibilidade e facilidade de utilização O GPSTk suporta uma ampla variedade de funções necessárias para o processamento de dados GNSS sendo uma excelente opção para os estudantes que intendam criar o seu próprio software para aplicações relacionadas com o GNSS Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013a Face ao conjunto de rotinas já testadas e o código base que pode ser incorporado em qualquer projeto permite a quem o faça reduzir o esforço em termos de programação e dedicarse mais especificamente no desenvolvimento das particularidades do seu projeto Qualquer utilizador do GPSTk pode juntarse à comunidade de programadores discutindo e contribuindo com as suas próprias rotinas para o desenvolvimento de B2 software no âmbito do GPSTk Mission apresentando o seu código que posteriormente é fornecido no open source Sourceforge httpsourceforgenet Concluindo os principais objetivos deste projeto são a portabilidade modularidade facilidade de utilização extensibilidade e facilidade de manutenção de forma a apoiar a investigação e o desenvolvimento que permitem maximizar o número de possíveis utilizadores e fontes da biblioteca ao diminuir o esforço e custos com a manutenção a longo prazo Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013a B3 Documentação e fontes de informação do GPSTk A principal fonte de conhecimento sobre o GPSTk é o guia de utilizador que se encontra disponível em httpwwwgpstkorgbinviewDocumentationUsersGuide Para além deste está disponível e útil no website dos seus criadores informação de uma forma mais resumida que deve ser lida antes de se começar a desenvolver as aplicações Applied Research Laboratories The University of Texas at Austin 2013a Começando no homepage do website acima referido podese seguir os links para obter informações relativas a Requisitos do sistema necessários para construir rotinas com recurso ao GPSTk download e instalação Publicações e apresentações dedicadas ao GPSTk e publicações de pesquisa utilizando o GPSTk em ficheiros PDF Funcionalidade proporcionada pela biblioteca GPSTk que pode ser encontrada na Aplication Programmer Interface API gerado pela Doxigen gerada diariamente a partir do repositório Subversion GPSTk httpwwwgpstkorgdoxygen Fazer perguntas de apoio que auxiliem o conhecimento sobre o tema Alguns exemplos de programação com GPSTk B4 Download e instalação para MS Windows B41 Download e instalação do MS Visual C O produto Microsoft Visual Studio compilador de linguagem em C está disponível para download no site da Microsoft httpswwwvisualstudiocomdownloads o qual inclui todos os recursos para trabalhar com a biblioteca GPSTk e arquivos de origem B3 Para o processo de instalação basta seguir as opções recomendadas e após esta pode se visitar o Microsoft Update para verificar se há atualizações mais recentes para o nosso computador B42 Download e instalação da última versão segura do GPSTk A última versão segura gpstk25 para utilização geral está disponível online no Sourceforge httpsourceforgenetprojectsgpstkfilesgpstk para a maioria das plataformas de desktop Para o processo de instalação basta seguir as opções recomendadas e será criado uma diretoria com todos os arquivos lib hpp e exe já compilados prontos para serem ligados ao projeto em C B5 Desenvolver um projeto em C utilizando os ficheiros GPSTk pré compilados Seguir os passos pela ordem descrita e de acordo com o Windows Marreiros 2012 Iniciar o compilador MS Microsoft Visual C No menu selecionar File New Project e selecionar como na figura abaixo B4 Introduzir o nome do Project selecionar a localização e não criar uma diretoria para solução Na próxima janela clicar Finish Isto irá criar uma aplicação com o cabeçalho précompilado O nosso projeto está pronto para ser interligado com os ficheiros lib e hpp pré compilados do GPSTk mas é necessário mudar as propriedades do projeto de acordo com o seguinte Selecionar as propriedades do projeto clicando no nome do projeto na janela de solução do explorador com o botão direito do rato As propriedades do projeto serão mostradas Alterar a configuração da solução de Active Debug para Release Em Additional Include Directories incluir a diretoria do GPSTk que está na diretoria GPSTK25include e GPSTK25regex B5 Alterar o Runtime Library para MultithreadedMT B6 Em Additional Library Directories incluir a diretoria do GPSTk que está na diretoria GPSTK25lib e GPSTK25regex Introduzir gpstklibgeomaticslibprocframelib rxiolib regexlib B7 B6 Desenvolver um projeto do GPSTk em MS Windows As informações sobre este tópico são fornecida em httpwwwgpstkorgbinviewDocumentationBuildingGPSTkUnderWindows O GPSTk não é suportado pelas versões do Microsoft Visual C 60 ou anteriores porque os modelos das classes não são suportados Atualmente existe suporte para o Microsoft Visual Studio Express 2012 3264bit versão 11 Enquanto os ficheiros concebidos para o Microsoft Visual C não são fornecidos no conjunto de ferramentas o CMake irá gerar ficheiros Visual Studio Project a partir do código existente Seguese os passos necessários para desenvolver um projeto em Microsoft Visual Studio Cmake e Visual Studio IDE Certificar se os prérequisitos tais como o CMake httpwwwcmakeorg estão instalados Fazer download do GPSTk para o sistema operativo Extrair o ficheiro GPSTk gpstk25srctar utilizando por exemplo o WinRAR Abrir a janela de comando Command Prompt Git Bash ou Windows PowerShell na qual se pode construir o ficheiro do Visual Studio Project com o CMake Criar uma diretoria para o projeto Por exemplo alterar para gpstk diretoria e tipo da seguinte forma gpstkbuildVS2015 ou noutra diretoria escolhida que será o local onde todos os arquivos de construção e de projeto irão ficar armazenados Se o GPSTk for instalado como uma aplicação do sistema em CProject Files ou CProject Files x86 apenas o gerador CMake deve ser declarado ao construir os ficheiros do projeto Na diretoria Microsoft Visual Studio 140Common7IDE executar o seguinte comando Visual Studio 15 ou dev se utilizarmos Developer repo Após o CMake instalado abrir o Visual Studio 2015 Clicar com o lado esquerdo do rato no ficheiro e escolher Open Project No File Explorer navegar até à pasta de construção e escolher o ficheiro de projeto do VS gpstksln B8 Esperar até o Visual Studio carregar completamente o projeto e terminar os ficheiros de indexação No painel Solution Explorer poderseá ver os vários projetos que compõem o GPSTk incluindo o ALLBUILD que irá construir todos os projetos exceto para INSTALL Para construir o GPSTk clicar com o lado direito do rato em ALLBUILD e com o lado esquerdo em build Uma vez terminada a construção do ficheiro pelo Visual Studio verificar se todos os projetos foram construídos e não ocorreram erros Para instalar o GPSTk navegar até ao painel Solution Explorer clicar com o lado direito do rato em INSTALL projeto e com o lado esquerdo em build Uma vez terminada a instalação dos binários pelo Visual Studio verificar se não ocorrem erros Para verificar se as aplicações estão a funcionar abrir uma janela de comando Command Prompt ou Windows PowerShell navegar até à pasta de instalação de destino e executar uma aplicação B7 Instalação do Regex para MS VC Para iniciar o GPSTk será necessário o apoio do sistema regular expression regex Todas as plataformas suportadas exceto MS VC no Windows fornecem esta funcionalidade Existem várias maneiras de isso poder ser fornecido ao Visual C no entanto a abordagem seguinte tem sido e continuará a ser testada 1 Fazer download da instalação do Regex httpgnuwin32sourceforgenet 2 Correr a instalação e instalar na localização escolhida exemplo cProgram FilesGnuWin32 3 Escolher Full installation 4 Atualizar o PATH LIB e a variável INCLUDE nas opções de configuração do compilador para a nossa plataforma com os paths na nova biblioteca regex instalada Por exemplo B9 CProgram Files x86Microsoft Visual Studio 110Common7Toolsvsvars32bat Adicionar cProgram FilesGnuWin32include ou a diretoria apropriada instalada para a variável INCLUDE cProgram FilesGnuWin32lib para a variável LIB e cProgram FilesGnuWin32bin para a variável PATH Encontrase a seguir os passos detalhados para a modificação de um sistema utilizando a versão Microsoft Visual Studio 2015 A construção é corrida com o comando CProgram FilesMicrosoft Visual Studio 140VCvcvarsallbat O regex é instalado na diretoria cProgram FilesGnuWin32lib Os ficheiros aí existentes são libregexdlla libregexla regexbcclib regexlib e regex2def Na diretoria GnuWin32include está o ficheiro regexh É recomendável que seja adicionada uma biblioteca regex ao sistema da variável PATH de forma a evitar adicionar o nosso caminho cada vez que corrermos ou compilarmos o programa GPSTk Isto pode ser feito da seguinte forma 5 Clicando Iniciar clicando com o botão do lado direito do rato Meu Computador e clicar Propriedades 6 Ir até à aba Avançadas 7 Clicar Variáveis de Ambiente 8 Editar a variável PATH se não existir criála 9 Acrescentar o caminho para a diretoria bin na localização onde foi instalado o GNUWin32 Regex Normalmente em CProgram FilesGnuWin32bin podendose colocar usualmente ponto e virgula antes da localização para anexar uma diretoria de variável Path Para este sistema o ficheiro atualizado estava em CProgram Files x86Microsoft Visual Studio 140Common7Toolsvsvars32 bat B8 Download CMake para MS VC A última versão segura CMake323 para utilização geral está disponível online no website do CMake httpwwwcmakeorg para a maioria das plataformas de desktop B10 B9 Download e instalação do Gnuplot para MS VC A última versão segura gnuplot501 para utilização geral está disponível online no Sourceforge httpsourceforgenetprojectsgnuplotfiles para a maioria das plataformas de desktop Para o processo de instalação basta seguir as opções recomendadas e será criado uma diretoria com todos os arquivos deste programa prontos para ler a informação obtida com o C e representála graficamente C1 Anexo C Código de processamento de dados GNSS Este anexo contém o código recriado e desenvolvido do programa de processamento de dados brutos GNSS o ficheiro de configuração para a definição dos parâmetros e o código introduzido no Gnuplot para gerar os gráficos obtidos C1 Código em C com recurso ao GPSTk O exemplo que se segue é respeitante ao ficheiro de configuração para o processamento dos dados referentes aos dados combinados da estação do IGEO Para o navio NRP Auriga foi retirado a parte respeitante ao GLONASS dado não existirem dados de posicionamento e tempo deste sistema para esta estação This program shows a minimalist SPS way to process GNSS data based on GPSTk C Library classes include iostream include iomanip include directh Class for handling satellite observation parameters RINEX files include Rinex3ObsStreamhpp Classes for handling RINEX Broadcast ephemeris files include Rinex3NavStreamhpp include Rinex3NavHeaderhpp include Rinex3NavDatahpp Class in charge of the GPS signal modelling include ModelObshpp Class to store satellite broadcast navigation data include GPSEphemerisStorehpp include GloEphemerisStorehpp Class to model the tropospheric delays include TropModelhpp Classes to model ans store ionospheric delays include IonoModelhpp include IonoModelStorehpp Class to solve the equation system using Least Mean Squares include SolverLMShpp Class defining the GNSS data structures include DataStructureshpp Class to filter out observables grossly out of limits include SimpleFilterhpp YDS Timeclass include YDSTimehpp C2 Class to read configuration file include ConfDataReaderhpp using namespace std using namespace gpstk int mainvoid Open configuration file ConfDataReader confReader Configuration file reader try confReaderopenGNSSConftxt catch cerr Problem opening default configuration file endl exit1 confReadersetFallback2Defaulttrue If a given variable is not found in the provided section then confReader will look for it in the DEFAULT section Each section name will be read in alphabetical order string station string directory string outName char temp char UserInputDir ofstream outfile GPSEphemerisStore gpsStore Store the gps in bceStore GloEphemerisStore gloStore Store the glonass in gloStore Rinex3NavStream gpsEphFile Object to store gps RINEX ehpemeris data Rinex3NavStream gloEphFile Object to store glonass RINEX ehpemeris data Rinex3NavData rNavData RINEX data object Rinex3ObsStream rObsFile Object to store RINEX observation data Rinex3NavHeader rNavHeader Object to read the header of Rinex Navigation File Rinex3ObsHeader rObsHeader Object to read the header of Rinex Observation File IonoModelStore ionoStore Object to store ionospheric models IonoModel ioModel Declare a Ionospheric Model object while station confReadergetEachSection if station DEFAULT The default section will be skipped because it is expected a specific station However if data is missing it will be looked for it in the continue DEFAULT section cout Starting processing for station station endl try Go to data directory C3 directory confReadergetValuedirectory station chdirdirectory0 cout Data directory directory endl catch cerr Problems with directory directory endl exit1 FILE INITIALIZATION PART Load Rinex observation data cout Loading RINEX observation data confReadergetValuerinexObsFile station endl Rinex3ObsStream rObsFile Object to store RINEX observation data rObsFileexceptionsiosfailbit Enable exceptions try rObsFileopenconfReaderrinexObsFile station stdiosin catch cerr Problems opening file confReadergetValuerinexObsFile station endl rObsFileclose continue End of Load Rinex observation data Load Rinex gps ephemeris data cout Loading GPS RINEX ephemeris data confReadergpsEphFile station endl Rinex3NavStream gpsEphFile Object to store gps RINEX ephemeride data gpsEphFileexceptionsiosfailbit Enable exceptions try gpsEphFileopenconst char confReadergpsEphFile stationcstr stdiosin catch cerr Problems opening file confReadergetValuegpsEphFile station endl gpsEphFileclose continue We need to read ionospheric parameters Klobuchar model from the gps navigation header gpsEphFile rNavHeader while gpsEphFile rNavData gpsStoreaddEphemerisrNavData C4 gpsStoreSearchNear gpsStoredumpcout Load Rinex gps ephemeris data cout Loading GLONASS RINEX ephemeris data confReaderglonassEphFile station endl Rinex3NavStream gloEphFile Object to store glonass RINEX ephemeride data gloEphFileexceptionsiosfailbit Enable exceptions try gloEphFileopenconst char confReaderglonassEphFile stationcstr stdiosin catch cerr Problems opening file confReadergetValueglonassEphFile station endl gloEphFileclose continue We need to read ionospheric parameters Klobuchar model from the glonass navigation header gloEphFile rNavHeader while gloEphFile rNavData gloStoreaddEphemerisrNavData gloStoredumpcout End of Load Rinex ephemeris data cout fixed setprecision8 Set a proper output format precision We need to read the aproximate position from the position header rObsFile rObsHeader Lets feed the ionospheric model Klobuchar type from data in the navigation ephemeris file header First we must check if there are valid ionospheric correction parameters in the header if rNavHeadervalid Rinex3NavHeadervalidIonoCorrGPS Extract the Alpha and Beta parameters from the header double ionAlpha rNavHeadermapIonoCorrGPSAparam double ionBeta rNavHeadermapIonoCorrGPSBparam Feed the ionospheric model with the parameters ioModelsetModelionAlpha ionBeta else cerr WARNING Navigation file doesnt have valid ionospheric correction parameters endl Beware In this case the same model will be used for the full data span C5 ionoStoreaddIonoModelCommonTimeBEGINNINGOFTIME ioModel Station nominal position Position nominalPosrObsHeaderantennaPosition Read the nominal position the Rinex Observation File Declare a MOPSTropModel object setting the defaults MOPSTropModel mopsTMnominalPosgetGeodeticLatitude nominalPosgetAltitude 167 Declare the modeler object setting all the parameters in one pass ModelObs modelRefnominalPos ionoStore mopsTM gpsStore TypeIDC1 Declare SolverLMS object SolverLMS solver Declare a simple filter object By default it filters C1 SimpleFilter myFilter This is the GNSS data structure that will hold all the GNSSrelated information gnssRinex gRin PREPARE OUTPUT FILES try outName confReadergetValueoutputFile outfileopenoutName iosout outfile fixed setprecision8 catch cerr Problems with outputfile outName endl exit1 END OF PREPARE OUTPUT FILES Loop over all data epochs while rObsFile gRin try This is the line that will process all the GPS data gRinkeepOnlyTypeIDTypeIDC1 myFilter modelRef solver First Wipe off all data that we will not use may be skipped Second Filter out observables out of bounds may be skipped Third The resulting data structure will feed the modeler object Fourth The resulting structure from third step will feed the solver object catch cerr Exception at epoch gRinheaderepoch endl Fifth Get your results out of the solver object and print them That is all Position solPosmodelRefrxPosX solversolution0 modelRefrxPosY solversolution1 modelRefrxPosZ solversolution2 C6 Output para o display cout staticcastYDSTimegRinheaderepochsod Output field 1 cout solPosX Output field 2 cout solPosY Output field 3 cout solPosZ Output field 4 cout solPoslongitude Output field 5 cout solPosgeodeticLatitude Output field 6 cout solPosheight Output field 7 cout endl Output para o ficheiro outfile staticcastYDSTimegRinheaderepochsod Output field 1 outfile solPosX Output field 2 outfile solPosY Output field 3 outfile solPosZ Output field 4 outfile solPoslongitude Output field 5 outfile solPosgeodeticLatitude Output field 6 outfile solPosheight Output field 7 outfile endl exit0 End of main C7 C2 Ficheiro de Configuração O exemplo que se segue é respeitante ao ficheiro de configuração para o processamento dos dados referentes a um período de navegação do NRP Auriga que serve de entrada dos parâmetros para o processamento com o programa Na configuração dos dados do IGEO apenas foi acrescentado o ficheiro do sistema GLONASS e substituídos os abaixo referidos pelos fornecidos por esta estação THIS IN AN EXAMPLE OF A CONFIGURATION FILE FOR PROGRAM GNSSa cutOffElevation 100 in degrees Change the following parameter to TRUE if your RINEX observation files dont include P1 and you want to use C1 instead Please be aware that if you use C1 instead of P1 to compute PC combination instrumental errors will NOT cancel introducing a bias that must be taken into account by other means This bias wont be corrected in this application useC1 TRUE IMPORTANT NOTE It turns out that some receivers dont correct their clocks from drift When this happens their code observations may drift well beyond what it is usually expected from a pseudorange In turn this effect causes that SimpleFilter objects start to reject a lot of satellites Thence the filterCode option allows you to deactivate the SimpleFilter object that filters out C1 P1 and P2 in case you need to filterCode TRUE filterPC TRUE maxPsdrgLimit 50000000 metres minPsdrgLimit 15000000 metres Output precision 8 number of decimal places in output file outputFile GNSSAurigaout C8 Application StarPos demands one section and only one per GPS receiver station Configuration data for GNSSAuriga station GNSSAuriga Directory and files directory CDataAuriga rinexObsFile port16707o gpsEphFile port16707n glonassEphFile The following variable if true sets a NEU system If false an XYZ system USENEU FALSE if true results will be given in dLat dLon dH End of configuration file C9 C3 Código do Gnuplot O exemplo que se segue é respeitante ao código introduzido no programa Gnuplot para elaboração dos gráficos obtidos em 2D e 3D do NRP Auriga Os restantes gráficos foram elaborados dentro dos mesmos moldes gnuplot cd CDataAuriga gnuplot set title Processamento de Dados GNSS NRP Auriga gnuplot set linetype 1 lc rgb blue gnuplot set linetype 2 lc rgb red gnuplot set xlabel Tempo s gnuplot set ylabel Altitude m gnuplot plot GNSSNRPAurigaout using 17 gnuplot set xlabel Longitude E º gnuplot set ylabel Latitude N º gnuplot plot GNSSNRPAurigaout using 53606 gnuplot rep gnuplot set xlabel Longitude E º gnuplot set ylabel Latitude N º gnuplot set zlabel Altitude m gnuplot set style data lines gnuplot splot GNSSNRPAurigaout using 536067 gnuplot rep gnuplot cd CDataAuriga gnuplot set title Processamento de Dados GNSS NRP Auriga gnuplot set linetype 1 lc rgb blue gnuplot set linetype 2 lc rgb red gnuplot set xlabel Tempo s gnuplot set ylabel Altitude m gnuplot plot GNSSNRPAurigaout using 17 gnuplot set xlabel Longitude E º gnuplot set ylabel Latitude N º gnuplot plot GNSSNRPAurigaout using 53606 gnuplot rep gnuplot set xlabel Longitude E º gnuplot set ylabel Latitude N º gnuplot set zlabel Altitude m gnuplot set style data lines gnuplot splot GNSSNRPAurigaout using 536067 gnuplot rep C10 D1 Anexo D Fontes de informação sobre o GNSS As principais fontes de informação disponíveis sobre os sistemas encontramse nos websites oficiais das entidades responsáveis por estes que divulgam todo o tipo de conhecimentos aos utilizadores dos serviços deste sistema Para além disso é possível encontrar vários documentos sobre toda a arquitetura e estrutura do sistema D1 GNSS Os websites recomendáveis para consulta ou obtenção de mais informação sobre os GNSS são httpwwwigsorg Site oficial do International GNSS Service com informação sobre todos os sistemas de navegação httpswwwionorg Site oficial do Institute of Navigation dedicado à arte e ciência de posicionamento navegação e tempo httpwwwinsidegnsscom Site oficial do Gibbons Media Research LLC com notícias diárias sobre os sistemas GNSS RNSS e SBAS existentes httpwwwnovatelcom Site oficial da empresa NovAtel com novidades e inovações das tecnologias dos GNSS httpwwwnasagov Site oficial da National Aeronautics and Space Administration agência do governo americano responsável pela pesquisa e desenvolvimento de tecnologias e programas de exploração espacial com informação detalhada de todos os satélites de navegação em órbita httpspaceskyrocketdeindexhtml Site oficial de Gunter Dirk Krebs com detalhes sobre todos os satélites de navegação dos Estados detentores destes D2 GPS Os websites recomendáveis para consulta ou obtenção de mais informação sobre o GPS são httpwwwgpsgov Site oficial do US Government com informação sobre o sistema GPS D2 httpwwwafspcafmil Site oficial da US Air Force direcionado para as operações aeroespaciais httpwwwnavcenuscggov Site oficial da US Coast Guard Navigation Center no âmbito da navegação httpwwwfaagov Site oficial da Federal Aviation Administration direcionada para a navegação aérea httpgpsworldcom Site oficial da North Coast Media com notícias diárias sobre GPS mas também de outros GNSS D3 GLONASS Os websites recomendáveis para consulta ou obtenção de mais informação sobre o GLONASS são httpswwwglonassiacruen Site oficial da Federal Space Agency com informação e análise do sistema GLONASS httpwwwnisglonassruen Site oficial Navigation Information Systems GLONASS direcionado para os serviços de navegação do sistema httpwwwspacecorpru Site oficial do Sistema Espacial Russo sobre os serviços e comercialização do sistema no âmbito das aplicações httpwwwrussianspacewebcom Site com notícias sobre GLONASS com a história e desenvolvimento httpsputniknewscom Site oficial do Sputnik International com notícias diárias onde se incluem as sobre os satélites GLONASS e implementação deste a nível civil e militar D4 Galileo Os websites recomendáveis para consulta ou obtenção de mais informação sobre o Galileo são httpwwwesaintESA Site oficial da European Space Agency com informação detalhada sobre todo o sistema Galileo D3 httpwwwgsaeuropaeu Site oficial da European Global Navigation Satellite System Agency com esclarecimentos mais pormenorizados sobre os componentes e arquitetura httpeceuropaeu Site oficial da European Commission com notícias entre as quais sobre o desenvolvimento e projeto do sistema D5 BeiDou O website recomendável para consulta ou obtenção de mais informação sobre o BeiDou é httpenbeidougovcn Site oficial do BeiDou Navigation Satellite System com informação detalhada e notícias diárias sobre o sistema BeiDou D6 IRNSS O website recomendável para consulta ou obtenção de mais informação sobre o IRNSS é httpirnssisrogovin Site oficial do Indian regional Navigation Satellite System que requer autorização para aceder dispondo de todo o tipo de informação e detalhes sobre o sistema IRNSS D7 QZSS O website recomendável para consulta ou obtenção de mais informação sobre o QZSS é httpglobaljaxajpindexhtml Site oficial da Japan Aerospace Exploration Agency com todo o tipo de informação pertinente sobre o sistema QZSS D4