GNSS ou GPS: qual é a diferença e por que importa na topografia

GNSS e GPS: resposta rápida

A comparação entre GNSS e GPS envolve uma família e um de seus membros. GPS, o Sistema de Posicionamento Global, é o sistema americano de navegação por satélite. GNSS, sigla de sistema global de navegação por satélite, é o termo genérico para todos os sistemas de satélites que transmitem sinais de posicionamento e tempo.

No uso cotidiano, as pessoas dizem “GPS” para qualquer posicionamento por satélite, assim como usam uma marca para uma categoria inteira de produtos. Em topografia, agricultura e engenharia, a distinção importa, pois um receptor que rastreia apenas GPS vê muito menos satélites que um que rastreia todas as constelações.

Assim, todo receptor GPS é um receptor GNSS, mas nem todo receptor GNSS se limita ao GPS. Equipamentos topográficos modernos quase sempre são multi-GNSS.

O que é o Sistema de Posicionamento Global (GPS)?

O Sistema de Posicionamento Global é um sistema de navegação por satélite pertencente ao governo dos Estados Unidos e operado pela Força Espacial dos EUA. Foi a primeira das atuais constelações GNSS a alcançar operação mundial plena e continua sendo a mais usada.

Os satélites GPS orbitam a cerca de 20.200 km de altitude em órbita média terrestre, distribuídos em seis planos orbitais. O sistema foi projetado para uma base de 24 satélites e, na prática, normalmente mantém cerca de 30 ou mais operacionais em órbita. Portanto, a quantidade que compõe o sistema em cada momento varia ligeiramente com lançamentos e desativações.

O primeiro satélite GPS foi lançado em 1978, e a capacidade operacional plena foi declarada em 1995. O GPS transmite em várias frequências, chamadas bandas: L1, L2 e a mais recente L5. Receptores civis antes usavam apenas L1; receptores topográficos modernos rastreiam as três.

O que é GNSS e quais sistemas GNSS existem?

GNSS é qualquer constelação de satélites que fornece posicionamento, navegação e tempo a partir do espaço. Quatro sistemas oferecem cobertura global, e dois sistemas regionais acrescentam satélites em áreas específicas.

Sistemas de aumento baseados em satélite (SBAS) acrescentam sinais de correção sobre continentes, mas não fornecem posicionamento independente. Galileo e BeiDou já estão plenamente operacionais; por isso, um receptor moderno a céu aberto frequentemente rastreia várias dezenas de satélites ao mesmo tempo, em vez de cerca de oito a doze satélites GPS.

Como funcionam os sistemas GPS e GNSS?

Todos os sistemas GNSS funcionam da mesma forma: cada satélite transmite sua órbita precisa e um sinal de tempo, e o receptor mede quanto cada sinal demorou a chegar. Multiplicar esse tempo pela velocidade da luz fornece uma distância até cada satélite.

1. O receptor sincroniza-se com os sinais dos satélites visíveis e decodifica seus dados orbitais (efemérides).
2. Ele mede o tempo de percurso do sinal, obtendo uma “pseudodistância” até cada satélite.
3. Como seu próprio relógio não é perfeito, o receptor resolve quatro incógnitas: latitude, longitude, altura e erro do relógio.
4. Isso exige pelo menos quatro satélites; mais satélites melhoram a confiabilidade e a geometria.
5. O receptor fornece uma posição, normalmente com precisão de poucos metros no modo autônomo.

Os erros vêm da ionosfera, troposfera, órbitas e relógios dos satélites, reflexões de multicaminho e ruído do receptor. Duas ou mais frequências permitem eliminar a maior parte do atraso ionosférico, motivo pelo qual sinais GNSS multibanda importam em trabalhos de precisão. Nosso artigo sobre a precisão do GPS, de metros a milímetros, detalha cada fonte de erro.

Diferença entre GPS e GNSS na topografia

Em trabalhos topográficos com posicionamento por satélite, a diferença prática entre GPS e GNSS é a disponibilidade. Mais satélites significam mais soluções fixas onde um receptor somente GPS teria dificuldades.

A precisão em um dia favorável e a céu aberto é semelhante; o ganho está na produtividade e robustez. Um rover GNSS em um corredor rodoviário, mina ou quadra urbana simplesmente obtém mais pontos úteis por dia. A antena também importa: consulte nosso guia de antenas GNSS e bandas L1/L2/L5.

Como o GPS RTK funciona com GNSS?

GNSS RTK (cinemático em tempo real) é a técnica que transforma GNSS métrico em posicionamento centimétrico. Usa a fase da portadora dos sinais dos satélites e correções de uma estação de referência próxima.

Uma base em ponto conhecido, ou uma rede CORS, observa os mesmos satélites que o rover e envia correções, normalmente em RTCM por rádio ou pela internet com NTRIP. O rover resolve o número inteiro de comprimentos de onda da portadora (resolução de ambiguidades) e atinge precisão horizontal típica de cerca de 1 cm mais 1 ppm do comprimento da linha de base.

Um receptor GNSS RTK se beneficia diretamente de várias constelações, pois a resolução de ambiguidades exige muitos sinais limpos. Para a explicação completa, leia o que é GPS RTK e como funciona o levantamento cinemático em tempo real.

Tipos de sistemas GPS e equipamentos GNSS para profissionais

Os equipamentos GNSS vão de chips de consumo a estações de referência geodésicas. O tipo necessário depende da precisão exigida pelo trabalho.

• Receptores de navegação e consumo: celulares, unidades automotivas e dispositivos portáteis com precisão métrica.
• Receptores de mapeamento GIS: precisão submétrica a decimétrica para inventários de ativos.
• Equipamentos GNSS topográficos: rovers e bases RTK com precisão centimétrica para topografia, locação e controle.
• Sistemas GPS agrícolas e orientação de máquinas: antenas inteligentes em tratores e equipamentos pesados para orientação e piloto automático.
• Estações de referência: estações GNSS fixas e antenas geodésicas que alimentam redes CORS.

Os produtos da Mars Geosystems ilustram essa variedade. O receptor GNSS RTK E1 usa um mecanismo de 1408 canais para todas as constelações e funciona como base por rádio, rover por rádio ou rover NTRIP. A antena GNSS inteligente S20 para veículos rastreia GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS, NavIC e SBAS. Para estações de referência, a antena geodésica SA102 rastreia GPS, BDS, GLONASS, Galileo, QZSS, SBAS e sinais de banda L.

Como escolher um receptor GNSS para topografia

Ao escolher um receptor GNSS para topografia, vá além da identificação “GPS” e confira constelações, bandas e opções de correção. Esses fatores determinam o desempenho real muito mais que os números de precisão em destaque.

• Rastreamento de todas as constelações (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou e QZSS onde aplicável).
• Sinais de múltiplas frequências, incluindo L5/E5a/B2a, para fixação mais rápida e correção ionosférica.
• Enlaces de correção: rádio UHF para trabalho com base e rover e NTRIP para redes CORS.
• Compensação de inclinação por IMU, resistência (IP67 ou IP68) e autonomia para longas jornadas em campo.

Nosso guia sobre como escolher um receptor GNSS RTK explica cada especificação. Quando estiver pronto para comparar configurações para seus projetos ou sua rede de revendedores, solicite um orçamento; a Mars Geosystems fornece a partir de uma unidade, com opções OEM.

Outras leituras de nossos engenheiros: comparação entre GPS, GLONASS, Galileo e BeiDou; frequências GPS L1, L2 e L5.

Perguntas frequentes