Sistemas globais de navegação por satélite. Perspetivas de futuro e tendências.

Os sistemas de navegação por satélite podem localizar um utilizador medindo a distância entre esse utilizador e, pelo menos, três posições conhecidas (dos satélites de constelação).  A distância relativamente a um dos satélites irá definir uma esfera de possíveis soluções, ao passo que a interseção das três esferas irá encurtar este espaço até à posição do utilizador. As leituras de distância são obtidas multiplicando a diferença entre a hora de emissão do satélite e a hora de receção por parte do utilizador pela velocidade da luz. Para sincronizar o relógio do utilizador com o tempo de referência do sistema, deve ser solucionado uma quarta variável: o erro do relógio do utilizador. Esta localização mediante 3 parâmetros da nossa posição, em conjunto com o parâmetro de tempo único, requer, como mínimo, quatro satélites em observação ao mesmo tempo.

Em 1973, o GPS teve a sua origem no Sistema de Navegação por Satélite da Marinha dos Estados Unidos (NNSS ou TRANSIT). Os primeiros satélites foram lançados no início dos anos 80. O GPS enquanto sistema tem estado ativo e em funcionamento desde o início dos anos 90. A história da experiência do GNSS da GMV remonta ao início dos anos 90, começando com a determinação de órbita e relógio, recetores e aplicações civis, principalmente aeronáuticas. Desde meados dos anos 90, a GMV tem estado fortemente envolvida no desenho e desenvolvimento dos sistemas europeus EGNOS e Galileo, desenvolvendo elementos-chave de ambos os sistemas.

Ao mesmo tempo, a GMV tornou-se pioneira de aplicações GNSS, principalmente orientada para o setor dos transportes e outras áreas, como a agricultura. A GMV tornou-se uma empresa importante da inovação GNSS, cobrindo todas as seguintes áreas: desenvolvimento de GNSS e sistemas de aumentação (SBAS), desenvolvimento de recetores, desenvolvimento de aplicações, nova tecnologia de posicionamento, etc. Isto concedeu à GMV uma posição como líder mundial de GNSS, criando uma experiência sem paralelo num vasto número de áreas. A inovação implica, entre outras coisas, uma certa capacidade de prever como o GNSS e as aplicações se poderão desenvolver no futuro. Em 2011, a ideia da GMV da tendência futura de sistemas de navegação podia ser resumida nos seguintes conceitos:

• Um só GNSS criado a partir da contribuição de diferentes países.
• Um conjunto de sistemas regionais de navegação por satélite com os objetivos de melhorar a geometria, transmitir informação de navegação e proporcionar serviços adicionais a nível regional.
• Um conjunto de Sistemas de Aumentação Baseados em Satélite (SBAS) integrados com sistemas regionais, de forma a fornecer serviços para situações de potencial ameaça.
• Novos algoritmos de posicionamento que beneficiam da disponibilidade de leituras em várias frequências, medições de fase e algoritmos avançados de nível de utilizador de Posicionamento de Ponto Preciso (PPP).
• Integração com outras tecnologias de posicionamento não satélite.

Dez anos depois, podemos agora olhar para trás para ver como os GNSS se desenvolveram e também olhar para diante para as tendências do futuro.

A nível do sistema ainda não houve um grande desenvolvimento no sentido de contribuição-agregação ao sistema global, embora isso tenha claramente ocorrido a nível da aplicação. A grande maioria dos recetores atuais integra todos os GNSS. No ponto em que as coisas se encontram, os fatores de soberania nacional e segurança obstruem a construção de um sistema global baseado em contribuições de diferentes países, mas os diversos sistemas são desenhados para serem extremamente compatíveis e interoperáveis. Para os utilizadores, o facto de as correções do posicionamento da sua aplicação de navegação serem habitualmente obtidos a partir de leituras de diversas constelações é claro. A importância económica crucial da navegação por satélite torna agora muito provável que a cooperação internacional vá aumentar no futuro. Os sistemas de navegação regionais proliferaram nos últimos anos.

Foram configurados na Índia, Japão, China (componentes regionais de Beidou), e muitos outros países e regiões estão também a considerar a possibilidade. Os sistemas regionais são uma grande alternativa em termos de proporcionar desempenho e serviços adicionais aos utilizadores. Parece agora provável que estes serviços continuem a emergir nos próximos anos.

SBAS clássicos enfrentam a integração em sistemas globais. Ainda têm de arrancar a nível global, permanecendo por agora apenas ao alcance dos maiores países, como os EUA e a Rússia, ou de blocos de países relativamente unificados, como a UE. Requerem, afinal, acordos políticos complicados, caros e complexos que são difíceis de atingir por parte de países mais pequenos. Nos últimos anos, foram desenvolvidos sistemas avançados tendo como base o conceito de provisão de serviço e abarcando uma vasta gama de utilizadores, para além do setor da aviação. Isto ajuda a torná-los muito mais económicos. Sistemas como o Galileo, que transmite o sinal de navegação em diversas frequências de uso civil, tornam possível um SBAS global a ser configurado em áreas ou países relativamente pequenos, mediante um operador fornecedor do serviço. Um exemplo destes sistemas é o protótipo operacional desenvolvido com a contribuição da GMV na Austrália e na Nova Zelândia. Temos a expectativa de que este conceito de SBAS global baseado em serviço, associado a serviços adicionais como PPP, sofra um impulso no número de sistemas nos próximos anos.

O PPP veio para ficar. Sistemas como o Galileo incorporam-no mediante o seu Serviço de Alta Precisão (HAS) para benefício de muitas aplicações. A combinação de PPP com integridade está a ser usada para o desenvolvimento de veículos autónomos. Esta tecnologia permite aos utilizadores estabelecer a sua posição com uma variação de poucos centímetros e ultrapassar as limitações dos sistemas de posicionamento tradicionais. O PPP com integridade está a revolucionar o mundo das aplicações GNSS e irá fazê-lo ainda mais no futuro.

A integração de outras tecnologias de posicionamento com GNSS é crucial em muitas aplicações e irá continuar a evoluir nos próximos anos à medida que surgem novas tecnologias. O GNSS é provavelmente a única tecnologia capaz de proporcionar hora e posicionamento absolutos, ao passo que as restantes tecnologias somente podem afinar esta solução com dados relativos de posicionamento.

Pensemos no carro autónomo, integrando GNSS com câmaras laser, 5G, odómetros e sistemas de navegação por inércia, etc. O faseamento de tecnologia de não posicionamento pode enriquecer o GNSS ainda mais. As novas mega constelações de satélites de comunicações promovidas por empresas como SpaceX, OneWeb e Amazon deverão promover o lançamento de milhares de satélites LEO e MEO para proporcionar banda larga a nível global. Isto irá abalar novamente o mundo GNSS, se não diretamente pelo uso destes satélites para aplicações de navegação, pelo menos indiretamente pelo impulsionar das capacidades de comunicação.

A fusão de tecnologia como a Inteligência Artificial e a Internet das Coisas (IOT) pode alargar o âmbito de aplicações a beneficiar da informação de posicionamento fornecida por GNSS. O sistema irá continuar a evoluir no futuro de forma a satisfazer os requisitos de utilizadores cada vez mais exigentes. Desenvolvimentos mais prováveis nos próximos anos, como segurança aumentada, resistência à interferência e sistemas de posicionamento complementar irão ajudar a tornar a navegação ainda mais fascinante à medida que começa a ser visível a imagem completa.

Autor: Miguel Romay Merino.