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
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Sistemas de Navegação por Satélite: IRNSS, QZSS, GPS, GLONASS e BeiDou, Manuais, Projetos, Pesquisas de Evolução
Um panorama dos sistemas de navegação por satélite irnss, qzss, gps, glonass e beidou, abordando arquitetura, serviços e desempenho de cada um. Além disso, discute-se a importância da sincronização entre o tempo do receptor e o tempo dos satélites, assim como as características dos sinais gnss e a importância de utilizar múltiplos sistemas para melhorar a disponibilidade e precisão.
O que você vai aprender
- Quais são as principais características do sistema IRNSS?
- Como funciona o sistema QZSS?
- Quais são as principais diferenças entre os sinais de navegação transmitidos pelos diferentes sistemas?
- Como é feita a sincronização entre o tempo do receptor e o tempo dos satélites?
- Quais são as principais vantagens do uso de múltiplos sistemas de navegação por satélite?
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2022
1 / 192
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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
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
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
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 imporem-se
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 têm-se 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 utilizá-los ao máximo das suas capacidades
operacionais, nomeadamente em sistemas de armas guiados, capacidades anti-jamming ,
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.
Palavras-chave
GNSS, GPS Toolkit, Navegação, Posicionamento, Tempo
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, it’s 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, anti-jamming 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 it’s 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
xiv
xvii
Índice de Figuras
Figura 2.1 – Processo de obtenção de posição num recetor genérico GNSS. ............................. Figura 2.2 – Erros relevantes, associados à propagação do sinal GNSS. ..................................... Figura 2.3 – Interoperabilidade a nível de utilização da banda de radiofrequências. ................ Figura 9.1 – Dispersão da altitude obtida por GPS e GPS+GLONASS em função do tempo. ....... Figura 9.2 – Posições geográficas obtidas por GPS e GPS+GLONASS. ........................................ Figura 9.3 – Dispersão espacial das posições geográficas em função da altitude obtidas por GPS e GPS+GLONASS. ......................................................................................................... Figura 9.4 – Diferença de posicionamento com coordenadas NEU ( North East Up ) GPS e GPS+GLONASS............................................................................................................. Figura 9.5 – Dispersão da altitude obtida por GPS em função do tempo e da agitação marítima. .................................................................................................................................... Figura 9.6 – Posições geográficas obtidas por GPS durante a trajetória percorrida pelo navio. 94 Figura 9.7 – Dispersão espacial das posições geográficas em função da altitude e da agitação marítima durante a trajetória obtidas por GPS. ..........................................................
xviii