GPS, GLONASS e GALILEO em busca da modernidade e de mais espaço no mercado

Por Patricia Stedile

Um vôo ao futuro do Sistema Global de Posicionamento e de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite System – GNSS) está sendo antecipado pela InfoGPS. Desde que foi criado em 1960 nos Estados Unidos, o sistema não pára de evoluir e criar dependências em todas as áreas do conhecimento. Já são mais de trinta que aplicam o GNSS em suas atividades, estando entre elas navegação marítima, segurança pessoal, agricultura de precisão, lazer, aviação civil, meio ambiente e outras tantas.

Composto por uma constelação com um mínimo de 24 satélites ativos, o GNSS engloba os sistemas de navegação GPS, GLONASS, EGNOS e também a mais recente iniciativa da União Européia, o GALILEO: projeto criado em conjunto com a Agência Espacial Européia e primeiro sistema mundial de navegação por satélite concebido especialmente para fins civis. Até então os sistemas de navegação haviam sido desenvolvidos para uso militar, mas com o passar do tempo foram incorporados gradativamente às aplicações civil, especialmente como importante estratégia econômica e mercadológica.

Traduzindo a evolução

A necessidade da Europa em possuir seu próprio sistema de navegação por satélite foi traduzida no projeto Galileo, surgimento que não deixou de provocar expectativas em todo o mundo. Operacional a partir de 2008, esse sistema será composto por uma constelação de 30 satélites em órbita a uma altitude de cerca de 24 mil quilômetros. Ele ajudará a resolver os problemas de mobilidade e de transporte com que se confrontam atualmente várias zonas do planeta e assegurará o desenvolvimento de um mercado que poderá render mais de 200 milhões de euros anualmente em 2020, com 3 bilhões de receptores.

O sistema Galileo é a versão aprimorada do EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), primeira contribuição européia para o GNSS. Fruto de um projeto conjunto da Agência Espacial Européia, da Comissão Européia e da Organização Européia para a Segurança da Navegação Aérea, o EGNOS constitui-se por três satélites geoestacionários e uma rede de estações terrestres que transmitem um sinal contendo informações sobre a confiança e acuracidade dos sinais enviados pelo GPS ou GLONASS.

O primeiro sistema de navegação por satélite totalmente civil encontra-se na fase de Desenvolvimento e Validação em Órbita, que teve início no final de 2003 e visa efetuar uma validação em órbita do sistema.

Após esta fase virá a de Colocação Total, que abrange a fabricação dos satélites restantes, seus lançamentos e a conclusão do segmento terrestre. As operações terão início com a constelação completa de 27 satélites operacionais e três de reserva, todos estacionados em três Órbitas Terrestres Médias Circulares. Para apoiar este processo, haverá uma rede extensiva de estações terrestres e centros de assistência locais e regionais. As operações finais deverão ser colocadas em prática por uma concessionária.

GPS passa por mudanças

Não muito distante desta busca pela modernidade está o GPS. O sistema que muitos especialistas dizem que irá aos poucos ceder espaço ao Galileo agora está justamente demonstrando o contrário. Prova desta afirmação é a elaboração de um documento criado pela Casa Branca no final de 2004 que estabelece novas diretrizes e implementações para os sistemas de posicionamento, navegação e tempo (PNT) baseados em satélites. Estão inclusos neste meio não somente a constelação de satélites GPS como também os demais sistemas de apoio mantidos pelo DoT (Departamento de Transportes dos EUA), como o sis-tema de apoio a aeronavegação WAAS (World Area Augmentation System).

Passados quase 10 anos da última publicação referente ao GPS, as novas diretrizes confirmam a intenção do governo dos EUA em continuar suprindo usuários de todo o mundo com o serviço básico do sistema GPS de forma ininterrupta e gratuita, para uso civil e comercial, desde que para fins pacíficos. A diretiva presidencial reconhece que o GPS tornou-se uma ferramenta de uso global, que atualmente é indispensável não somente para assuntos de segurança nacional, mas como também em vários setores da atividade econômica mundial.

"O GPS se tornou a força produtiva para empresas de telefonia móvel em todo o mundo"

Um dos pontos principais da nova diretiva é que as agências governamentais norte-americanas irão impedir o uso hostil do sistema GPS em áreas de conflitos militares, sem interromper o acesso civil e comercial aos sistemas de navegação, posicionamento e tempo nas demais regiões. "Essa possibilidade de desligamento do sistema não representa grande mudança com relação à política vigente até então. O governo dos EUA sempre reservou o direito de desligar o sistema GPS em áreas de conflito com o objetivo de proteger a si mesma e aos seus aliados", informa Celso Gomes, da Santiago & Cintra. Segundo ele, geral-mente isso é feito através da geração de uma interferência localizada, o que impede o uso dos sinais transmitidos pela constelação GPS a usuários não autorizados numa área específica.

A nova diretiva aponta principalmente para a modernização do sistema GPS, quando cita como um dos objetivos o aperfeiçoamento da performance dos serviços de posicionamento, navegação e tempo. Segundo o documento, a Secretaria dos Transportes dos Estados Unidos deverá assegurar, em conjunto com a Secretaria da Defesa, a disponibilização dos sinais modernizados para uso civil do sistema GPS e sistemas de apoio (ver box).

pag20 1 A Revolução GNSS
Figura 1 e 2: Disponibilidade de satélites e o PDOP, do sistema GPS individualmente (Figura 1) e em conjunto com o sistema GLONASS (Figura 2) para Brasília, em 23 de Fevereiro de 2005, das 8 às 20 horas e com máscara de elevação de 15º acima do horizonte.

Todas essas novidades fazem pensar em qual sistema é o melhor a ser utilizado pela comunidade usuária do GNSS. Diogo Nava Martins, da Santiago & Cintra diverge de todas as correntes que levam estas respostas ao futuro Galileo e ao presente GPS, afirmando que o GLO-NASS é mais modernizado que o sistema americano, proporcionando vantagens aos seus usuários.

Martins conta que a potencialidade do GLONASS foi há muito tempo questionada em todo mundo. "Certamente durante um período que coincidiu com a queda da União Soviética, os problemas financeiros enfrentados pela então nova Federação Russa e a curta vida útil da primeira série de satélites lançados, prejudicaram a evolução do sistema GLONASS", explica. Entretanto, ainda segundo ele, o sistema russo conta hoje com o apoio de outros países, incluindo a China. "Além disso, recentemente Rússia e Estados Unidos assinaram um tratado de cooperação que manterá a compatibilidade e avanços na interoperabilidade entre os sistemas para propósitos civis e garantindo a continuidade da disponibilidade desse serviço mundialmente e sem custo para os usuários", completa Diogo Nava Martins. (Esse acordo pode ser lido na íntegra em www.state.gov/r/pa/prs/ps/2004/39748.htm

Para Martins, os últimos satélites russos lançados e os novos a serem enviados ao espaços estão modernizados e com maior vida útil, ficando à frente dos americanos na introdução de novos re-cursos, como o código civil na segunda freqüência (L2C), e a adição da terceira freqüência já para os próximos satélites da família GLONASS-K (lançamento planejado a partir de 2006). Atualmente, a constelação é formada por 12 satélites com previsão de 25 satélites até 2012.

A união entre GPS e GLONASS

Diogo Martins, da Santiago & Cintra, defende ainda que a qualidade do trabalho de campo recai sobre a união entre o GPS e o GLONASS. "Todos os usuários de GPS sabem que, quanto maior o número de satélites "visíveis", maior a probabilidade de se obter um menor PDOP em função de uma melhor geometria dos satélites e por conseqüência, maior possibilidade de obter melhores precisões para os pontos rastreados", diz.

Além disso, um maior número de satélites disponíveis garante maior período útil de trabalho no campo, eliminando as lacunas de tempo em função de um número abaixo do mínimo necessário para fixação das ambigüidades nos trabalhos pós-processados (mínimo de 4 satélites comuns entre receptores base e móvel) e, em tempo real – RTK (mínimo de 5 satélites comuns entre receptores base e móvel).

"Galileo cria expectativas no mercado e estará
operacional a partir de 2008"

"Há anos que contamos com uma constelação completa de satélites GPS, mínimo de 24 unidades em órbita, mas quem utiliza o sistema no dia-a-dia, freqüentemente enfrenta situações onde o número de satélites rastreados não é suficiente, seja por obstáculos naturais, seja por obstáculos artificiais e em muitos desses casos, bastaria ao usuário apenas mais um satélite e garantir o sucesso do trabalho", afirma Diogo. É aí que entra o sistema russo. "A ajuda de um ou mais satélites GLONASS em conjunto com os satélites GPS, pode significar a diferença entre conseguir ou não executar o trabalho", conclui.

O planejamento de missão, muito utilizado no passado para determinar se havia satélites e PDOP compatíveis com o serviço a ser executado, nunca conseguiu oferecer a segurança necessária ao profissional, porque é praticamente impossível simular nos softwares dos fabricantes, com a precisão necessária, as situações reais encontradas em campo, considerando todas as árvores, edificações e demais interferências para cada ponto rastreado.

Com um receptor que receba exclusivamente sinais de receptores GLONASS, o usuário enfrentaria os mesmos problemas dos usuários da tecnologia GPS de alguns anos atrás, em função do número insuficiente de satélites: seções muito longas de rastreamento. "Utilizando receptores que possam rastrear os sinais de satélites de ambas as constelações, os resultados são surpreendentes", ressalta Martins.

Combinando os recursos dos dois sistemas, os tempos de rastreio e o de fixação das ambigüidades são menores, além do PDOP, que é sempre menor, se comparados apenas com os satélites GPS. Com as duas constelações, a precisão dos pontos rastreados é melhor e, além disso, elimina quase por completo os períodos de inoperabilidade causados pelo número insuficiente de satélites no campo (ver figuras 1 e 2).

pag22 1 A Revolução GNSS
Figura 3: Cronograma de lançamentos de satélites GLONASS.

Proprietário de um par GPS Topcon Hiper+, o engenheiro agrimensor, Nadir de Moura, da empresa mineira CCC Topografia, afirma que nos dias de trabalho em que é liberado o rastreio dos satélites GLONASS a performance do equipamento melhora de maneira significativa. "O tempo necessário para solução de ambigüidade se torna mais rápido, e o sinal mais seguro. Serviços em locais onde não foram possíveis os levantamentos em dias normais, foram executados nos dias de Cinderela. Posso concluir que, mesmo em número menor de satélites, o GLONASS melhora em muito, a performance do equipamento", afirma.

"Não é o número de satélites que cada uma possui individualmente, mas sim o poder que essa união representa para o profissional. No campo, entre árvores e outros obstáculos, o que importa é aquele ou aqueles satélites a mais disponibilizados pelo GLONASS que permitem a realização do trabalho", afirma Diogo Martins.

Galileo X GPS

Embora tenham divergências, o que é de praxe entre concorrentes, o sistema de navegação por satélite Galileo, que será lançado em 2008, será compatível com o americano GPS (Global Positioning System)."Este é o primeiro grande projeto europeu deste o começo do século", afirmou em entrevista coletiva o comissário europeu de Transportes, Jacques Barrot referindo-se ao Galileo, depois de participar de seu primeiro Conselho de Ministros da UE, após assumir seu cargo em 22 de novembro do ano passado.

Na ocasião, Barrot fez duas afirmações importantes para o futuro do Galileo. Ele destacou o acordo conseguido por Palacio para tornar compatíveis o sistema com o americano GPS, assim como a elevada participação do setor privado. "Um grande passo para a cada vez mais importante união entre os sistemas GNSS", afirma Martins.

Evolução do Sinal GPS
pag22 2 A Revolução GNSS
Figura 4

Novas diretrizes de uso do GPS

De acordo com as recentes diretrizes da modernização do GPS, terão acesso livre dois novo códigos civis, tornando mais produtivo tanto os levantamentos cinemáticos pós processados quanto os executados em tempo real (RTK). O destaque é para o código na L2 (L2C) e a freqüência L5.

A L2C é baseada numa estrutura sofisticada que apenas os receptores mais modernos são capazes de utilizar, garantindo resultados mais robustos. Essa freqüência será transmitida com uma potência superior à atual L2, melhorando ainda mais a recepção de sinais em condições adversas.

O primeiro satélite com esta tecnologia – pertencente ao Bloco IIR-M (Modernizado) – já foi entregue à USAF (Força Aérea dos EUA) em fevereiro e seu lança-mento está previsto para acontecer ainda no primeiro semestre do ano. Os benefícios do novo sinal poderão ser sentidos pelos usuários assim que o novo satélite entrar em operação, não sendo necessário que toda a constelação transmita a L2C. Este é o primeiro satélite de um total de 8 previstos para o Bloco IIR-M. Além da L2C, os satélites modernizados transmitirão também dois sinais de uso exclusivo dos militares norte-americanos (L1M na freqüência L1 e L2 M na freqüência L2).

Já a L5, freqüência de uso civil cujo maior objetivo é o apoio a navegação de aeronaves, ainda está longe de se tornar realidade. Por ter se mostrado inviável inseri-la nos satélites do Bloco IIR-M, uma quarta geração de satélites do Bloco II, chamada de Bloco IIF, já se encontra em desenvolvimento. Esta nova geração terá todos as características do Bloco IIR-M, além de transmitir a nova freqüência L5. Mais forte que os sinais existentes, a L5 facilitará o rastreamento de sinais fracos e possibilitará processamentos utilizando três ondas portadoras. Para que o usuário tenha acesso aos seus benefícios, é necessário que toda a constelação transmita sinais nessa freqüência, o que não deve ocorrer tão cedo.

pag23 1 A Revolução GNSS
Aparelhos de GPS são amplamente utilizados em veículos para localização do motorista, prevenção de assaltos e roubo de cargas.