Componentes do GPS
Os GNSS, em geral, e o GPS, em particular, são estruturalmente divididos em três segmentos: espacial, de controle e dos usuários. O segmento espacial é caracterizado pela constelação de satélites (Fig. 1.1). O sistema GPS foi projetado pelo DoD e desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Tecnology (MIT) para uso em aplicações militares para a Marinha e Aeronáutica dos Estados Unidos. É um sistema de geoposicionamento por satélites artificiais, baseado na transmissão e recepção de ondas de radiofrequência captadas pelos receptores, obtendo-se posicionamento em todo o globo terrestre. A constelação é composta de 24 satélites, dos quais 21 são suficientes para cobrir toda a Terra e três são originalmente previstos como reserva. São distribuídos em seis planos orbitais espaçados de 60°, com quatro satélites em cada plano, numa altitude aproximada de 20.200 km. Os planos orbitais são inclinados 55° em relação ao equador e o período orbital é de aproximadamente 12 horas siderais. Essa configuração garante que no mínimo quatro satélites GPS sejam visíveis, ininterruptamente, em qualquer local da superfície terrestre (Monico, 2008).
Cada satélite transmite continuamente sinais em duas ondas portadoras L, sendo a primeira, L1, com frequência de 1.575,42 MHz e comprimento de onda de 0,19 m, e a segunda, L2, com frequência de 1.227,60 MHz e comprimento de 0,24 m. Sobre essas ondas portadoras são modulados dois códigos, denominados pseudoaleatórios. Na banda L1, modula-se o código Clear Access ou Coarse Aquisition (C/A) e o código Precise (P), já a banda L2 é somente modulada pelo código P. Esses sinais correspondem respectivamente ao Standard Positioning Service (SPS) e ao Precise Positioning Service (PPS), sendo esse último prioritário para o serviço militar dos Estados Unidos (Monico, 2008).
Com o anúncio, em 1998, da modernização do sistema GPS pelo DoD, entrará em funcionamento e será disponibilizado o código L2C, a ser modulado na portadora L2, assim que toda a constelação de satélites do sistema estiver renovada, o que está previsto para 2021. Isso basicamente permitirá a correção do efeito da ionosfera, garantindo maior exatidão de posicionamento.
O segmento de controle é constituído por cinco estações, sendo a principal localizada em Colorado Springs (CO), nos Estados Unidos, e as demais, de monitoramento, espalhadas ao redor do globo em posições estratégicas, a fim de melhor observarem os sinais transmitidos pelos satélites. A estação principal capta os dados vindos das estações de monitoramento e calcula a órbita exata e os parâmetros de relógio de cada satélite. Os resultados são passados aos satélites via antenas de retransmissão, corrigindo a órbita de cada um periodicamente. O segmento do usuário é caracterizado pelos receptores GPS. Atualmente, o mercado oferece uma grande variedade de receptores, com as mais diversas configurações, podendo ser empregados em inúmeras aplicações.
O erro no posicionamento absoluto para usuários SPS tem sido, em média, de 9 m horizontal e 15 m vertical em 95% do tempo e, na pior situação, de 17 m horizontal e 37 m vertical. Até maio de 2000, esses valores eram de 100 m e 156 m, respectivamente. A razão para serem tão elevados estava na existência de um erro ou ruído proposital, gerado pelo DoD, denominado Selective Availability (S/A), ou disponibilidade seletiva, ou seja, uma degradação no sinal que causava erros maiores para usuários civis do SPS (DoD, 2008).
O serviço PPS tem acesso aos códigos C/A e P. O acesso ao serviço PPS é controlado pelo efeito de degradação Antispoofing (AS), que é um mecanismo de degradação intencional de desligar o código P ou invocar um código de encriptação que dificulte o acesso ao código P aos usuários não autorizados. Receptores de dupla frequência de uso civil utilizam técnicas de correlação cruzada para decriptar e utilizar o sinal P, porém não completamente, uma vez que esse sinal criptografado só pode ser plenamente acessado pelos militares norte-americanos.
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Fonte
MOLIN, José Paulo; DO AMARAL, Lucas Rios; COLAÇO, André Freitas. Agricultura de Precisão. 1ª ed. São Paulo – SP: Oficina de Textos, 2015.
