Há algumas décadas, empresas como a AT & T, a Ford, a IBM, a General Electric, a Standard Oil, a Pan-Americana, a JP Morgan, entre outras estavam fazendo cinco, dez, até mesmo vinte anos de planos. O futuro era previsível. Mas agora as empresas adaptam seus planos muitas vezes em apenas um ano, e ainda obtém surpresas chocantes. O futuro não é como costumava ser. Em muitos aspectos não é mais previsível.

Para transmitir sinais, o GPS usa Code Division Multiple Access (CDMA) e o Glonass utiliza Frequency Division Multiple Access (FDMA). Em termos simples, todos os satélites GPS usam a mesma freqüência para transmitir códigos diferentes, enquanto os satélites Glonass usam o mesmo código, mas em freqüências diferentes. A seguir, explicamos como tivemos que trabalhar muito, para tornar o Glonass tão bom como é o GPS para aplicações de precisão.

Existe uma drástica diferença entre o Glonass e o GPS?  A resposta é que a diferença não é tão drástica como os especialistas mostraram. Quando o GPS e o Glonass estavam em planejamento, ninguém pensava que esse sistema pudesse ser usado em milímetros de precisão e que topógrafos seriam usuários em potencial. Com o GPS tivemos mais sorte. Com o Glonass tivemos que trabalhar mais para conseguir precisões compatíveis.

Topógrafos, não se sintam mal. Mais de 90% dos usuários de hoje não faziam parte dos usuários pretendidos. Nem mesmo o futuro satélite, não era previsível. Telefones celulares não existiam e navegadores para carros ainda não estavam nos planos. Bem depois do primeiro satélite GPS ter sido lançado, os cientistas de JPL pensaram em utilizar o GPS para medições precisas. Até então, a precisão de mais ou menos dez metros, era o melhor que se podia ter, mas isto era reservado para aplicações militares. Em 1983, em uma conferência de um Instituto de Navegação, eu apresentei um documento, juntamente com um vídeo caseiro, mostrando que o GPS poderia ser usado para a navegação em nossas estradas e ruas. O vice-presidente sênior da Rockwell pegou meu vídeo emprestado, para mostrar ao Congresso Americano e no retorno eu recebi uma visita guiada, a fabulosa instalação de foguetes Rockwell.

Nas primeiras propostas, o pensamento era cobrar uma taxa para o uso de cada equipamento GPS. Mais tarde, foi visto que os custos para cobrança de usuários seriam maiores do que o dinheiro recolhido. Ainda hoje estou curioso para ver os cálculos dessa conclusão. Fazendo uma retrospectiva, vemos hoje que o número de usuários é de centenas de milhões e as companhias que usufruem são menos de cem.

Não se preocupe, ainda não esta tarde para mudar a política de cobrança por uso, e com o GPS sendo um Galileo livre será ainda mais difícil começar a cobrar pelo sinal GPS.

Nesse tipo de mundo volátil e imprevisível, nós devemos saudar a todos aqueles que sugeriram que o uso do GPS deveria ser gratuito em todo o mundo, mesmo depois de trinta anos, ainda é uma coisa que surpreende. De modo igual, devemos ser gratos aos criadores do Glonass, e devemos incentivar as entidades do Galileo a seguir o mesmo caminho de sucesso.

Há muitos rumores entre a “relação” do GPS e do Glonass. Alguns falam que os russos “copiaram” os GPS e o “Shutlle Program” dos Estados Unidos. Nós todos sabemos que em 1950 os russos saltaram na frente dos americanos na corrida especial, com o lançamento do “Sputinik”, o primeiro satélite. Quando perceberam o uso do Sputinik para reconhecimento de locais, os cientistas americanos rapidamente viram que poderiam usar o satélite para inverter os papéis: se a órbita do satélite for conhecida, a localização do usuário pode ser determinada. Outro rumor diz que os cientistas russos estavam bem conscientes do uso do satélite para navegação, mas não podiam ter um financiamento a partir de seus militares, porque de acordo com a inteligência russa, eles não estavam à altura do programa militar americano naquele momento. Não se sabe se esses rumores são verdadeiros ou não. A verdade é que hoje, a cooperação de mentes brilhantes está ajudando os usuários de todo o mundo.

Voltando à discussão do CDMS vs. FDMA. Os russos estão empregando funcionários técnicos em CDMA, para a futura geração de satélites Glonass. Tenho sido privilegiado por participar de algumas discussões entre os cientistas russos e americanos, para tornar os dois sistemas mais interoperáveis. Muitas pessoas dos dois lados do globo estão trabalhando muito para que isto aconteça. Eu não desejo dar falsas esperanças; se tal mudança acontecer, os satélites operacionais Glonass CDMA não irão aparecer tão rapidamente. Entretanto, achamos uma solução perfeita para a manipulação do Glonass e ao mesmo tempo manter uma vantagem evidente de mais satélites no céu.

Receptor Bias

Esse mês vamos examinar um problema potencial com os receptores Glonass + GPS.

A tarefa fundamental de um receptor de GNSS é medir as distâncias entre vários satélites GNSS e calcular as coordenadas. As distâncias são caudadas por um satélite que mede o tempo de viagem dos sinais, desde o satélite até o coração do receptor eletrônico, onde os sinais são recebidos e processados. Dados utilizados a partir de um receptor base (em um ponto conhecido) removem os erros comuns no receptor rover e fornece resultados precisos.

O sinal de cada satélite para o receptor eletrônico, consiste em duas partes:
1) um caminho direto no espaço, a partir do satélite para a antena do receptor; e
2) a partir da antena do receptor para o receptor eletrônico.

O primeiro caminho é único para cada satélite. O segundo caminho é comum para todos os satélites, é onde o sinal viaja através da antena eletrônica para o receptor analógico e as sessões digitais. O tempo de viagem do segundo caminho nós chamamos de “receiver bias”.

Desde que o “receiver bias” seja o mesmo para todos os satélites, ele age como um componente do relógio receptor que soluciona o quarto desconhecido (juntamente com o X, Y, Z). Em outras palavras, se o “receiver bias” for o mesmo para todos os satélites não causará impacto para as posições das computações.

Glonass Inter-Channel Biases

O pressuposto que os receptores são os mesmo para todos os satélites GPS, é verdade, mas não para o Glonass. A razão é que o receptor depende da freqüência do sinal via satélite. Todos os satélites GPS transmitem na mesma freqüência, de modo que todos eles criam o mesmo “receiver bias”. Satélites Glonass transmitem em freqüências diferentes, de modo que cada Glonass gera um diferente “receiver bias”. Na terminologia técnica, satélites Glonass causam vícios que se não forem levados em conta, podem degradar significantemente o poder de precisão.

A boa notícia é que todos os erros comuns entre a base e os receptores são cancelados. Portanto, se a magnitude dos erros forem à mesma entre a base e os receptores, estes erros serão cancelados e a precisão não será alterada. Em alguns casos satélites Glonass agem tão bem quanto satélites GPS. Mas isso raramente acontece. A má noticia é que os erros não dependem somente do design do receptor e de sua eletrônica, mas também da temperatura e de pequenas alterações nos componentes eletrônicos. Mesmo no melhor dos casos, em que a base e os receptores são do mesmo fabricante e possuem componentes, design e datas de fabricação idênticas, ainda assim tem a questão da temperatura. As magnitudes bias inter-canais do Glonass podem proibir a utilização destes satélites para aplicações de precisão.

Seu receptor pode lhe dar apenas soluções GPS enquanto você também paga pelo Glonass. E talvez você nunca descubra.

Um desafio, não um problema

Quando o objetivo é alcançar a precisão de centímetros ou milimetros, lidar com biases inter-canais do Glonass não é uma tarefa fácil. Esta pode ser a razão pela qual, a maior parte dos fabricantes tinham evitado o Glonass por tantos anos. Atualmente, alguns fabricantes simplesmente ignoram os erros do Glonass e os assumem para os usuários que o utilizam como base. Nos primeiros anos, nós fizemos o mesmo e uma vez que fomos à única fabricante GPS + Glonass todos os receptores tinham o mesmo grau de erro. Quando os biases inter-canais eram perceptíveis usamos o GPS + Glonass para resolvê-los (corrigi-los por inteiro) e então ignoravamos as medições do Glonass. Mesmo em casos como este, temos encontrado uma melhoria significativa com o uso do GPS.

Com alguns receptores, quando os biases inter-canais se tornaram intoleráveis, o “firmware” do receptor ignora o sinal Glonass e fornece soluções baseadas somente em satélites GPS. Lidando com o problema desta forma não se permite que o usuário saiba o porque de seu receptor GPS + Glonass não apresentar nenhuma melhora, comparado com o uso apenas do GPS. Esses receptores ainda estão em uso. Quando o receptor “firmware” não pode isolar o satélite Glonass, ele fornece resultados imprecisos. Este é um problema grave que faz o usuário aceitar resultados com erros, como verdade. Alguns fabricantes tentam medir esses erros de desvios do Glonass em uma amostra de pré-produção e codificam esses erros em um “firmware”. Este é um passo positivo, mas de modo nenhum pode solucionar o problema, porque ainda existem diferenças entres os componentes eletrônicos e suas características que variam de acordo com o tempo e a temperatura.

Ainda pior. Pode lhe dar resultados incorretos e você só vai descobrir depois que o dano seja feito. Ou nunca descobrir.

Nem todos os receptores Glonass são os mesmos

Nós calibramos todos os biases Glonass em todos os receptores em tempo real com uma precisão de + 0,1 mm. Temos implementado uma patente especial dentro do chip Triumph para alcançar este objetivo. Essa calibração em tempo real é feita em segundo plano, sem qualquer impacto sob a utilização normal do receptor.

A questão, é que temos feito o Glonass tão bom como o GPS e oferecemos a você muito mais satélites para que seu trabalho seja feito de forma mais rápida e precisa, mesmo em condições adversas. Nosso receptor Triumph possui 216 canais para monitorar todos os sinais de GPS, Glonass e Galileo para cobrir suas necessidades hoje e no futuro.

Seu Glonass é tão bom como o GPS? Pergunte ao fabricante de seu receptor de que forma ele está sendo manipulado. Isso pode causar impactos em observações passadas ou futuras. E como você sabe, muitas observações passadas (ex: construções) não podem ser refeitas. Glonass e GPS com dezenas de bilhões de dólares investidos, estão lá de graça. Usados em combinação, com sensatez, eles podem proporcionar uma vantagem real e melhorar seus resultados.

Com 0,1 milímetros automático, em tempo real de autocalibração agora estamos oferecendo 44 (mais tarde) como os satélites GPS ao invés de 30.

Nosso Glonass é tão bom como o GPS.

Javad
www.javad.com

Tradução
Rodrigo Nicolau C. Koury
rodrigo.koury@cpeltda.com.br
www.cpeltda.com.br