O RDS e sua utilização na disseminação de correções DGPS por emissoras FM

Um dos métodos mais empregados para diminuir o erro no posicionamento em tempo real por GPS é o método DGPS (GPS Diferencial), onde se pode "cancelar" grande parte dos erros inerentes ao sistema. Nele, faz-se uso de um receptor de referência, visando a geração de dados de correção destes erros, usualmente denominados de correções diferenciais. Pela utilização destas correções no cálculo de sua posição, o receptor usuário do DGPS obtém maior acurácia no posicionamento.

Para que o receptor usuário possa utilizar estas correções, é necessário que se transmita as mesmas até ele. Um dos meios que vem sendo utilizado em alguns países para transmiti-las são as emissoras de radiodifusão comercial em FM (freqüência modulada), através de um padrão denominado RDS (Radio Data System), praticamente ainda desconhecido no Brasil.

O RDS, padronizado desde 1990, foi desenvolvido para a transmissão de dados digitais de qualquer natureza utilizando a modulação da subportadora do sinal de radiodifusão de estações FM. A especificação atual é: CENELEC, EN 50067: 1998 – Specifications of the Radio Data System (RDS) for VHF/FM broadcasting, European Committee for Electrical Standardization. A Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) lançou esta norma traduzida e adaptada para o Brasil, para consulta pública, e em breve estará disponível o regulamento técnico para utilização do RDS para o Brasil.

O RDS foi inicialmente concebido para prover serviços adicionais a usuários pela utilização de uma nova geração de receptores de rádio "inteligentes". Ultimamente este sistema vem sendo muito utilizado nos Estados Unidos e na Europa também para a transmissão de correções diferenciais para o posicionamento DGPS.

Os dados são transmitidos sincronamente a uma taxa de 1.187,5 bits por segundo (o tom piloto estéreo (19 kHz) dividido por 16), centrado em 57 kHz (3 vezes o tom piloto de 19 kHz). A figura 1 mostra o espectro deste sinal. São transmitidos 11,4 grupos por segundo, com cada grupo consistindo de 4 blocos de 16 bits de dados e 10 bits para correção de erro. O sistema prevê 16 diferentes grupos de dados ou aplicações, com cada grupo sendo formado por dois tipos (A e B) para as diversas aplicações, conforme pode-se observar na tabela 01. De particular interesse são os grupos para aplicações abertas de dados (ODA – Open Data Applications). Eles são abertos para aplicações particulares e não previamente especificadas. Dentre estas aplicações, cita-se o DGPS.

É importante destacar que dos 1.187,5 bps, apenas 673,7 bps são para informações, e o restante é utilizado para correção de erros e endereçamento. Estes 673,7 bits ainda devem ser divididos para as diversas aplicações (grupos). A quantidade de bits que restam para ODA vai depender de quantos grupos estiverem sendo utilizados para as outras aplicações. Na Alemanha, utilizam-se, na prática, em média 1,5 grupos ODA por segundo (57 bps) para o DGPS.

Como percebe-se, o RDS tem uma capacidade para transmissão de dados bastante limitada. A sua grande vantagem, entretanto, é que o mesmo faz uso de uma estrutura de transmissão (as emissoras de rádio) já existente, e, portanto, a implementação de tal sistema necessita de um investimento relativamente pequeno.

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Fig.1 – Espectro de radiodifusão FM estéreo com RDS

O formato das palavras de um quadro de mensagem RTCM é diferente do formato de um grupo RDS, e por isso aquele precisa ser rearranjado (codificado) para o formato do RDS. Como não existe um padrão aberto para tal, o autor vem desenvolvendo, em seu trabalho de doutorado, um formato para a transmissão das correções diferenciais pelo RDS para o Brasil. Trata-se de um formato compacto que reduz drasticamente o número de bits de dados originais do formato RTCM a serem transmitidos, de modo que eles possam ser transmitidos pelo RDS. Detalhes a respeito serão tema de artigo futuro.

Na figura 3 mostra-se a estrutura básica necessária ao posicionamento com o DGPS usando FM-RDS. Os processos de codificação RTCM=>RDS e de decodificação RDS=>RTCM são efetuados por programas desenvolvidos para tal tarefa. O modulador RDS é o equipamento que fica junto à emissora e que vai introduzir as informações no formato RDS junto ao sinal a ser irradiado pela mesma.

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Tabela 1 – Grupo RDS

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Fig. 3 – Princípio e estrutura básica para o posicionamento DGPS usando FM-RDS

Na seqüência observam-se os resultados preliminares obtidos com o formato desenvolvido pelo autor, no Laboratório de Geodésia Espacial do Departamento de Geomática da UFPR. Os rastreios foram efetuados com receptores GPS geodésicos do tipo Ashtech ZXII, sob condições quase ideais, ou seja, linha de base de poucos metros e sem erros de comunicação na transmissão dos dados (transmissão via cabo, e não por rádio). Na figura 4 mostram-se as distribuições dos erros para os modos absoluto (esquerdo) e diferencial (direito) (observar a diferença de escala). Na figura 5, observa-se a nítida diferença dos erros no posicionamento entre duas transições do modo diferencial (primeiro e terceiro trecho) para o modo absoluto (segundo e quarto trecho).

Na tabela 2 tem-se o resultado estatístico dos rastreios. Observa-se que, para o método diferencial, tanto a média dos erros quanto o desvio padrão são menores, em comparação ao método absoluto.

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Tabela 2 – Resultados estatísticos dos levantamentos GPS/DGPS

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Fig. 4 – Distribuição dos erros para rastreios GPS no modo absoluto e modo diferencial

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Fig. 5 – Erro para rastreios GPS alternados nos modos diferencial/absoluto

O RDS é um sistema ainda a ser explorado no Brasil, e conta com um grande potencial de aplicação, principalmente para a transmissão de correções diferenciais para o posicionamento pelo método DGPS, além das outras aplicações previstas para o mesmo, não exploradas neste artigo. Sua grande vantagem é o baixo investimento necessário para a implantação do mesmo, uma vez que ele utiliza a estrutura de emissoras FM já existente. Por outro lado, é bastante limitado em termos da capacidade de transmissão dos dados. Esta é uma característica que obriga a otimização de seu uso, como é o caso do desenvolvimento dos formatos para a transmissão de correções diferenciais, e em cujo tema o autor deste artigo vem desenvolvendo suas pesquisas.

Mostraram-se as características básicas do RDS, algumas considerações para seu uso no DGPS, e viu-se que os resultados de sua aplicação para a transmissão de correções diferenciais são satisfatórios, sendo uma opção relativamente econômica aos usuários do DGPS.

Eno Darci Saatkamp é engenheiro elétrico, doutorando em Ciências Geodésicas pelo depto. De Geomática da UFPR. enosaat@hotmail.com