Tecnologia Gps

Diferentes tipos de GPS e suas aplicações

Régis Fernandes Bueno*

Neste número pediram-me para escrever algo sobre receptores de sinais de satélites NAVSTAR/GPS. Sem maiores pretensões aceitei colocar no papel o resultado de uma pequena pesquisa e do pouco que pude aprender como usuário e aluno de pós-graduação. Pretender escrever algo mais substancial sobre receptores GPS é uma tarefa complexa, devido ao próprio tema e tal a diversidade de marcas e modelos que se encontra atualmente.

A literatura normalmente encontrada sobre GPS, no nosso meio de informações espaciais, aborda pouco profundamente este aspecto da tecnologia, mas isso já traz informações em quantidade suficientes para um capítulo. Descrevem seus principais conceitos eletrônicos, alguns tipos de modelos existentes no mercado, tendências, etc. Entretanto é difícil acompanhar a evolução dessa industria somente a partir desses livros, é necessário acompanhar também a literatura mais especializada em eletrônica, bem como revistas especializadas em GPS, uma delas é a GPSworld (ww.gpsworld.com). Mas são assuntos mais aprofundados que não se pretende tratar aqui. Para melhor aproveitamento penso que deveremos focar algumas características de receptores com aplicações na área de Agrimensura e Cartografia.

Um receptor GPS é composto de várias partes, ou blocos construtivos. Pode-se descrevê-lo começando por onde entra o sinal; temos então a antena, um pré-amplificador de sinal associado ela, uma seção de rádio freqüência, um bloco de monitoramento de sinal (canal), uma unidade de entrada de comandos e visor, unidade de memória e uma unidade suprimento de energia. Todas as operações do receptor são controladas por um microprocessador inclusive o cálculo das coordenadas do equipamento.

Bem, em geral possuem esses componentes, mas podem variar, simplificando, suprimindo ou adicionando itens como, por exemplo, saída para computador e entrada para relógios atômicos mais precisos. Para melhor informação sobre o esses blocos recomenda-se a leitura de TEUNISSEN, KLEUSBERG 1998 ou PARKINSON, W. P., SPILKER 1996.

O GPS é usado para muitas finalidades hoje em dia, é uma ferramenta que supre a necessidade de posicionamento do ser humano como nenhum outro nos dias atuais; portanto é de se esperar que exista uma grande diversidade de modelos. Uma classificação de receptores quanto a sinais observáveis e usos pode ser encontrada em IBGE 1996.

Devido a vários fatores a classificação dos receptores pode parecer um tanto quanto confusa. Podem ser agrupados por sinais observáveis (L1, L1+L2, C/A+L1 ...), podem ser agrupados por classe de precisão nominal e até por tipo de aplicação (geodésicos, navegação, GIS). Aqui no Brasil é comum ouvirmos o termo receptor topográfico, para designar aqueles cujos dados e programas conduzem a especificações de posicionamento com precisão da ordem de 5 a 0,3m e, geralmente, são os voltados para o seguimento de mercado de GIS. É um equívoco, pois até mesmo os de navegação, que determinam coordenadas com erro típico de 30 m ou mais, estão sob o arcabouço da Geodésia.

Porém é corrente atribuir o termo geodésico ao receptor que atinge maiores precisões nas determinações (tipicamente 15 a 20 mm em um Km, no método diferencial estático) e que observa uma ou as duas portadoras, mais código C/A e até o P, os quais, tiveram primeira aplicação na determinação de vértices geodésico, substituindo os métodos de triangulação, por exemplo.

Naquela época praticamente só havia receptores para uso na navegação e para uso no transporte de coordenadas geodésicas, os primeiros até faziam o DGPS – simplificadamente: correções aplicadas às distâncias aos satélites, medidas pelo código C/A -. mas produziam resultados com 5 a 10 m de erro, o que não tinham lá muita aplicação, fora da navegação. Com a evolução de chips que mediam o sinal com maior precisão e a combinação de observação de código com portadora L1, foram surgindo os receptores que atingiam melhores resultados, atendendo não só classes mais exigentes de navegação, como o mercado de mapeamento para a emergente industria do GIS. Uma das derivações desses equipamentos também é usada na agricultura de precisão.

Paralelamente ao o aumento da constelação e outros desenvolvimentos, os chips de baixo ruído causaram impacto também nos métodos de posicionamento aplicados em Geodésia, pois, pôde-se implementar os modelos de resolução rápida da ambigüidade, e daí, os métodos de posicionamento mais rápidos que o semi-cinemático. Começaram a surgir os receptores que poderiam competir em produção com os métodos clássicos de taqueometria, em locais de céu aberto e para curtas distâncias (até 10 Km) entre os receptores base e móvel. Foram desenvolvidos os sistemas que podem fazer levantamentos topográficos e locação em analogia às estações totais. Hoje, os modelos que realizam o RTK (Real Time Kinematics) ou cinemático em tempo real, têm aplicação no Geodésia, na Topográfia e no guiamento de máquinas, entre outros.

Novos modelos surgiram com a conexão a computadores, a miniaturização, o uso de coletores de dados, de sensores externos como os range finders, que auxiliam no posicionamento em locais próximos, mas inacessíveis ao GPS. Ecobatímetro e outros dispositivos puderam ser conectados para realizar levantamentos do leito de rios, lagos e mares.

As aplicações que requerem a determinação de coordenadas com confiabilidade e erro menor que os 30 m do método absoluto, requerem equipamentos que operam no mínimo em pares, conjuntamente. Os dados coletados simultaneamente podem ser transferidos para um computador e pós-processados, ou pode-se tê-los em tempo real (RTK ou DGPS em tempo real), através da transmissão de dados (telemetria), sendo o cálculo realizado no receptor que é móvel e vai aos pontos a serem levantados ou locados.

Existem opções do tipo GNSS que transmitem correções via satélite de comunicação, em regiões com suficientes estações base e com uso das portadoras os fabricantes anunciam soluções com posicionamento centimétrico. Aplicações em DGPS aqui no Brasil têm apresentado problemas devido aos efeitos provocados pela ionosfera, que pode provocar retardos e até bloqueios nos sinais transmitidos, comprometendo a qualidade do posicionamento. Esse tipo de problema levou empresas a desenvolverem algorítimos para sistemas agrícolas que acabam não realizando o método DGPS. Convivem com erros maiores em posição absoluta, mas ainda mantém alinhamentos e rotas com erro relativo menor do que se fosse no diferencial com as correções afetadas.

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