8.3 FATORES QUE AFETAM A PRECISÃO DO SISTEMA

O Sistema foi originalmente projetado para uso militar, mas em l980, uma decisão do então presidente Ronald Reagan liberou-o para o uso geral. Na época, o Departamento de Defesa americano implantou um erro artificial no Sistema chamado "Disponibilidade Seletiva", para resguardar a segurança interna do país. A Disponibilidade Seletiva foi cancelada por um decreto do Presidente Clinton em maio de 2000, pois o contínuo desenvolvimento tecnológico permitiu ao Departamento de Defesa obstruir a precisão do Sistema onde e quando os interesses americanos exigissem. Com o decreto, o erro médio de 100 metros na localização do receptor ficou dez vezes menor.

As fontes de erro (típico) médio gerado são: a) Erro do relógio do satélite: 60 cm; b) Erro de efemérides: 60 cm

c) Erros dos receptores: 120 cm d) Atmosférico/Ionosférico: 360 cm

e) Total (raiz quadrada da soma dos quadrados): 390 cm

Como exemplo básico, para se calcular a precisão do sistema, multiplica-se o resultado acima pelo valor do DOP mostrado no receptor GPS. Em boas condições, o DOP varia de 3 a 7. Assim, a precisão de um bom receptor num dia típico será: de 3x390cm a 7x390cm, ou seja, de 10 a 30 metros, aproximadamente.

Vejamos a seguir os fatores que afetam a precisão do GPS [19]:

a) Geometria dos Satélites: localização dos satélites em relação uns aos outros sob a perspectiva do receptor GPS. Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. Na verdade, o receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provêm da mesma direção geral. Isto significa que a triangulação é

pobre e a área comum da intersecção das medidas é muito grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande espaço). Dessa forma, mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa. Com os mesmos 4 satélites, se espalhados em todas as direções, a precisão melhora drasticamente. Suponhamos os 4 satélites separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste. A geometria é ótima, pois as medidas provêm de várias direções. A área comum de intersecção é muito menor e a precisão muito maior. A geometria dos satélites torna-se importante quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios ou em áreas montanhosas ou vales. Quando algum satélite é bloqueado, a posição relativa dos demais determinará a precisão, ou mesmo se a posição pode ser obtida. Um receptor de qualidade indica não apenas os satélites disponíveis, mas também onde estão no céu (azimute e elevação), permitindo ao operador saber se o sinal de um determinado satélite está sendo obstruído. No entanto, o sistema é capaz de calcular uma média do atraso para corrigir parcialmente esse tipo de erro.

b) Sinal com caminhos múltiplos: Isto ocorre quando o sinal GPS é refletido por objetos como prédios altos ou montanhas, antes de alcançarem o receptor. Isto aumenta o tempo que o sinal leva do satélite até o receptor, causando erros. c) Erros de órbita: Também conhecidos como erros de efeméride, os erros de órbita

representam erros nas informações das posições dos satélites.

d) Número de satélites visíveis: Quanto mais satélites um receptor GPS puder enxergar no céu, melhor a precisão. Prédios, terrenos, interferências eletrônicas ou uma cobertura densa de uma floresta, por exemplo, podem bloquear a recepção do sinal, causando erros de posição ou possivelmente nenhuma leitura de posição no receptor. As unidades GPS geralmente não funcionam dentro de casas ou outras coberturas, debaixo d'água ou da terra. Os erros que afetam as observações de GPS podem ter origem nos satélites, nos receptores e antenas ou mesmo no meio de propagação.

e) Atraso na Ionosfera e Troposfera: O sinal de satélite reduz a velocidade quando atravessa a atmosfera. O GPS usa um padrão de sistema embutido, que calcula parcialmente o tempo comum de demora, para corrigir este tipo de erro.

f) Sombreamento Geométrico de Satélite: Isto ocorre em posição relativa dos satélites, a qualquer momento. A Geometria ideal do satélite some, quando os satélites ficarem situados a grandes ângulos, relativos de um para o outro.

Geometria pobre resulta, quando os satélites ficarem situados em uma mesma linha ou em um agrupamento apertado.

g) Degradação intencional do sinal de satélite: Disponibilidade Seletiva (DS) é a degradação intencional do sinal imposta pelo Departamento de Defesa Norte- Americano. Era pretendido que o DS impedisse os adversários militares de usar os sinais altamente precisos de GPS. Como dito anteriormente o governo retirou o DS em maio de 2000, o que melhorou significativamente, a precisão dos receptores de GPS civil.

h) Os erros nas efemérides dos satélites GPS são devidos à imprecisão das posições e velocidades dos satélites, originada por erros nas coordenadas das estações de rastreio e por utilização de modelos de força imprecisos. Um erro nas efemérides resulta um erro de posição da antena cerca de 0,6 m.

i) Erro de multi-trajecto ocorre quando o sinal é refletido antes de chegar ao receptor GPS demorando mais tempo a atingir este. Como a distância é calculada com base no tempo que leva o sinal a chegar ao receptor, a demora resulta num erro de posição. De forma a minimizar o erro, deve ser escolhido um local para a colocação da antena que esteja longe de estruturas verticais. Os efeitos deste erro no cálculo da distância atingem cerca de 50 cm.

j) As variações no centro de fase da antena dependem das características da antena e do ângulo da direção do sinal observado. Estas variações podem atingir alguns centímetros na medição da distância.

k) Ruído do receptor trata-se de um erro associado a cada tipo de medição e resulta das limitações inerentes à eletrônica dos componentes do receptor. É usual considerar que este erro é cerca de 1% do comprimento da onda do sinal, ou seja, 2 mm quando se faz uma observação de fase.

l) Os erros no relógio do satélite é igual a todos os observadores que observam o mesmo satélite, portanto pode ser eliminado, como já foi referido anteriormente, utilizando diferenças duplas. Verifica-se que um nano segundo de erro de tempo resulta num erro de 30 cm na medição da distância. Este erro, caso não seja eliminado, pode contribuir na imprecisão do cálculo da posição em cerca de 1,2m.

m) Erro na medição da altura da antena trata-se de um erro pequeno relativamente às variações do centro de fase da antena. Contudo, a medições da antena devem ser realizadas com uma precisão da ordem de 1 a 3 mm.

8.4 - DGPS – DIFFERENTIAL GPS - GPS DIFERENCIAL – EXATIDÃO