GNSS - SISTEMA GLOBAL DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE
O Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS – Global Navigation Satellite System) é uma técnica de geodesia espacial que, usando constelações de satélites , transmite dados de posicionamento e tempo para receptores GNSS em tempo real.
Quatro constelações GNSS fornecem cobertura global: GALILEO (UE), GPS (EUA), GLONASS (Rússia) e BeiDou (China). Existem ainda outras constelações regionais que permitem serviços de posicionamento numa área específica.
O desempenho do GNSS é avaliado usando quatro critérios:
- Precisão: a diferença entre os valores reais e medidos por um receptor de posição, velocidade ou tempo;
- Integridade: capacidade de um sistema fornecer um limite de confiança e, em caso de anomalia nos dados de posicionamento, um alarme;
- Continuidade: capacidade de um sistema funcionar sem interrupção;
- Disponibilidade: a percentagem de tempo que um sistema atende aos critérios acima de precisão, integridade e continuidade.
Este desempenho pode ser melhorado por sistemas locais de aumento baseados em satélite (SBAS – Satellite-Based Augmentation Systems), como o Serviço Europeu de Sobreposição de Navegação Geoestacionária (EGNOS – European Geostationary Navigation Overlay Service). O EGNOS melhora a precisão e a fiabilidade da informação GNSS, corrigindo erros de medição do sinal e fornecendo informações sobre a integridade dos seus sinais.
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO
O princípio de posicionamento baseia-se na resolução de um problema geométrico elementar, envolvendo as distâncias (ranges) de um usuário a um conjunto de pelo menos quatro satélites GNSS com coordenadas conhecidas.
Esses ranges e coordenadas de satélite são determinados pelo receptor do usuário usando sinais e dados de navegação transmitidos pelos satélites. O observável básico no GNSS é o tempo necessário para um sinal viajar do satélite (transmissor) até o receptor. Este tempo de viagem, multiplicado pela velocidade da luz, fornece uma medida da distância aparente (pseudorange) entre eles. Com quatro medições de distâncias pode-se resolver 4 incógnitas. Para o utilizador final, essas 4 incógnitas são as 3 incógnitas de sua posição (X, Y e Z ou Latitude, Longitude e Altura) e o erro do relógio do seu receptor GNSS. Este princípio é chamado de trilateração (ver Fig. 1).
As coordenadas resultantes do utilizador podem ser calculadas com uma precisão de vários metros. No entanto, uma precisão ao nível do centímetro pode ser alcançada utilizando técnicas mais avançadas.
[Ref.] https://www.reseau-teria.com/language/en/2021/12/20/positioning-by-gnss-gps-galileo-satellites-how-does-it-work/
INFRAESTRUTURA
O GNSS consiste em três segmentos principais:
- Segmento espacial: O segmento espacial do sistema consiste nos satélites GNSS e sinais de rádio emitidos do espaço para a Terra.
- Segmento de controlo: O Segmento de controlo consiste em um sistema de estações de monotorização localizadas em todo o mundo.
- Segmento de utilizador: O segmento de utilizador é composta pelos receptores GNSS (por exemplo, um smartphone) e pela comunidade de utilizadores.
REDE
Existem redes regionais ou internacionais de estações permanentes GNSS em todo o mundo. Uma estação permanente funciona de forma continua, normalmente utilizando receptores GNSS geodésicos (especialmente concebidos para obter as melhores precisões). A posição das estações permanentes GNSS pode ser alcançada com precisão de nível milimétrico.
Alguns exemplos de redes permanentes GNSS são:
- A rede ERGNSS, uma rede GNSS pública espanhola com mais de 130 estações em toda a Espanha, controlada pelo Instituto Geográfico Nacional de Espanha (IGN). A posição e as séries temporais das estações são processadas diariamente.
- A rede do IGS (International GNSS Service) possui mais de 500 estações em todo o mundo (ver Fig.3). Atualmente, os centros de análise IGS fornecem diariamente a solução tridimensional de posição e velocidade de cada estação.
[Ref.] Imagem por igs.org
PRODUTOS
Os produtos diretos do GNSS são efemérides precisas de satélites GNSS, posições e velocidades das estações, ERPs (Parâmetros de Rotação da Terra: movimento dos pólos e duração do dia) e soluções de relógio de estações e satélites. Outros produtos derivados dos dados GNSS incluem estimativas do Zenith Path Delay (ZPD) da troposfera e mapas globais da ionosfera (valores de TEC – Total Electron Content).
As séries temporais podem ser calculadas a partir das estações das redes permanentes. Estes são valores fundamentais para fins geodinâmicos.
Na Fig.4, apresenta-se um exemplo da série temporal calculada da estação permanente RAEG, da estação RAEGE de Santa Maria. Nesta série, os deslocamentos nas direções Norte (gráfico de cima), Este (gráfico do meio) e vertical (gráfico de baixo) são representados desde o ano de 2017. Mudanças em equipamentos ou outros eventos relevantes são marcados com linhas coloridas verticais.
APLICAÇÕES
As observações GNSS são usadas em todo o mundo em inúmeras aplicações, tais como:
- Obras cívis e topografia;
- Mapeamento;
- Agricultura;
- Investigação e alerta de desastres naturais;
- Apoio à investigação científica na realização do Referêncial Terrestre Internacional (ITRF), monitorizando a deformação da Terra sólida, monitorizando a rotação da Terra, monitorizando variações na hidrosfera (nível do mar, mantos de gelo, etc.);
- Determinação de parâmetros de órbita de satélites GNSS
- Monitorizar a ionosfera e a troposfera da Terra;
- Estabelecer referências de relógio.