Introdução aos Sistemas de Rádio-navegação · 3 Sistemas de navegação Sistemas de...
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Introdução aos Sistemas de Rádio-navegação
Fernando D. NunesInstituto de Telecomunicações
IST – Abril 2005
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Conceito de navegação
Navegação: determinação da posição e velocidade de um veículo relativamente a um referencial.
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uVector de estado:
3
Sistemas de navegação
Sistemas de rádio-navegação(sistemas terrestres, por satélite)
Sistemas celestesSistemas de navegação por mapaSistemas inerciais
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Sistemas de rádio-navegação
...baseiam-se na medição do tempo de propagação de uma onda electromagnética entre emissor e receptor:
velocidade da luz=300.000 Km/s.logo:
erro de posição=30cm/nanosegundode erro na medição do tempo
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Rádio-navegação activa/passiva
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Classificação dos sistemas de rádio-navegação
Sistemas terrestres de navegação:- ADF- VOR- DME- Loran-C- ILSSistemas de navegação global por satélite:- GPS- Glonass- Galileo
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ADF (Automatic direction finder)
ou rádio-bússola: (banda: 200 - 415 KHz)
α radio-farol
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VOR (VHF Omnidirectional Range)
Usa 2 sinais (108.10 –117.90 MHz):
- sinal de referência (fase constante em todas as direcções);
- sinal de fase variável(fase varia com o azimute).
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DME (Distance measuring equipment)
Consiste num interrogador (aeronave)+transponder (sólo)(banda: 962-1213 MHz)
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Loran-C (Long-range navigation)Loran-C=1 estação-mestre+2 a 5 estações secundáriasExemplo de sistema hiperbólicoBanda: 90-110 KHz
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ILS (Instruments landing system)
Sistema standard para aproximação e aterragemPossui 3 tipos de emissores:
- localizador - emissor de ladeira- 2 ou 3 rádio-balizas9Km; 1Km; 330m
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GPS (Global positioning system)
Consiste em 3 segmentos:- espacial(24 satélites; 6 órbitas;periodo=11h58m)
- controlo(conjunto de estações de monitorização+estação-mestre)
- utilizadores
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Equação de navegaçãoDistância a cada satélite:
Problema: dados e determinar
Solução (relógio do receptor perfeito): são precisos 3 satélites
Solução (relógio do receptor imperfeito): 3 incógnitas espaciais+1 incógnita temporal=4 incógnitas
...são precisos 4 satélites
( ) ( ) ( ) 24,...,1,222 =−+−+−= iZZYYXXR uiuiuii
iR iii ZYX ,, uuu ZYX ,,
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Sinais de GPSBanda L1 (1.57542 GHz)
(Os sinais dos vários satélites têm códigos diferentes)
Banda L2 (1.22760 GHz)
( )( )11
11sin)()(cos)()(2
φωφω
+++
ttDtACttDtAC
p
c
1ms)(periodoC/Acodigo)( ==tCc
1semana)(periodoPcodigo)( ==tC p
( )22cos)()(' φω +ttDtCA p
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Erros de GPSSegmento Fonte de erro Erro de GPS 1 σ
(m)
Espaço Estabilidade do relógio de satélitePerturbações do satéliteOutras
3.0
1.0 0.5
Controlo Erros das efeméridesOutras
4.2 0.9
Utilizador Atraso ionosféricoAtraso troposféricoRuído do receptor e
resoluçãoMultipercursoOutras
5.0 1.5 1.5
2.5 0.5
UERE Total 8.0
UERE=user equivalent range error
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Sub-constelação óptimaProblema: qual a sub-constelação óptima para determinar a posição do receptor ?Solução: depende das posições relativas dos satélites
má solução boasolução
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GPS diferencial...permite reduzir alguns tipos de erros:atrasos devidos à ionosfera+troposfera, erros de posicionamento dos satélites, etc.
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WAAS (Wide area augmentation system)
• Permite melhorar a precisão do GPS em áreas extensas (continentes)• Corrige erros dos satélites GPS e da ionosfera+troposfera• Monitoriza a integridade dos sinais• versão europeia: EGNOS
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Integração de sistemas de navegação
Exemplo: GPS+radar Doppler
Funcionamento do radar Doppler
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Comparação dos sistemas de navegação
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Utilidade dos sistemas de rádio-navegação
...mede-se pelos seguintes factores:
- precisão (erros 2-D ou 3-D)- cobertura (onde o sistema pode ser utilizado)- disponibilidade (quando o sistema pode ser utilizado)- integridade (possibilidade de avisar o receptor da qualidade
dos sinais transmitidos)- capacidade (no. máximo de utilizadores do sistema)