Efeitos relativísticos e os sistemas satelitais de geolocalização

dc.contributor.advisorFernandez, José Henrique
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-7993-2972pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4207470264780724pt_BR
dc.contributor.authorVivacqua, Lucas Gaudencio
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0119268903658071pt_BR
dc.contributor.referees1Silva, Douglas do Nascimento
dc.contributor.referees2Almeida, Leonardo Andrade de
dc.contributor.referees3Amorim, Ronni Geraldo Gomes de
dc.date.accessioned2024-10-30T19:04:51Z
dc.date.available2024-10-30T19:04:51Z
dc.date.issued2024-07-22
dc.description.abstractThe greater stability of the atomic clocks in the new generation’s navigation satellites and the improvements in corrections are enabling applications of navigation systems at activities of increasingly higher level precision. We’ve recently witnessed the launch of the latest GALILEO satellites, the completion of the QZSS constellation, and the new generations of GLONASS and Beidou. All this made the need to integrate the navigation satellite systems an even more pressing matter. Therefore old questions are brought back and it’s important to know how they should be addressed now from the perspective of a single integrated GNSS. This study approaches the relativistic effects on the onboard atomic clocks in all six navigation constellations in operation nowadays. Hence, we set out to find the temporal distortion for each one of the 118 vehicles in the following constellations: GPS (USA), GLONASS (Russia), GALILEO (EU), Beidou (China), IRNSS (India), and QZSS (Japan). Through the ephemeris data, extracted from the constellations almanacs and the analytical equations of Special and General relativity, we found a fixed and two periodic offsets, influenced by the orbit’s semi-major axis, eccentricity, and inclination. For GPS, e.g., the fixed offset is 445.6 ps for each second elapsed on the ground. More importantly, when considering each satellite individually, we found that deviations from the average can go up to about 50 nanoseconds per day. For PRN 21 of the same constellation, we found a periodic effect due to the orbit’s eccentricity with an amplitude of 56.6 ns with a period equal to the orbital one. i.e., depending on the satellite’s position within the orbit the clock might be offset up to 56.6 ns. This may impact applications requiring precisions of tens of meters. Among the six constellations, 38.9% of the satellites require corrections for precision in the order of meters. Yet another periodic effect was found, one caused by the Earth’s oblateness with a period of half the orbital one and an amplitude that, from MEO satellites, goes from 60 to 100 ps, and thus causes trouble for applications that require centimeter-level precision. These estimations help us better understand the importance of applying the correct relativistic corrections for specific applications.pt_BR
dc.description.resumoA maior estabilidade dos relógios atômicos nos satélites das novas gerações dos sistemas de navegação e as melhorias nas correções estão permitindo a aplicação dos sistemas de navegação em atividades de precisão cada vez maior. Tivemos recentemente o lançamento dos últimos satélites GALILEO, a conclusão da constelação QZSS e as novas gerações de GLONASS e Beidou. Tudo isto tornou ainda mais urgente a necessidade da integração dos sistemas de navegação por satélite. O que traz de volta velhas questões e como elas devem ser abordadas agora da perspectiva de um único GNSS integrado. Este estudo aborda a questão dos efeitos relativísticos atuando nos relógios atômicos, a bordo de todas as seis constelações de navegação em operação atualmente. Portanto, nos propusemos a encontrar a distorção temporal de cada veículo das seguintes constelações: GPS (EUA), GLONASS (Rússia), GALILEO (UE), Beidou (China), IRNSS (Índia) e QZSS (Japão). Através dos dados de efemérides, extraídos dos almanaques de constelações e das equações analíticas da Relatividade Especial e Geral, conseguimos encontrar um atraso fixo e dois periódicos, influenciados pelo semi-eixo maior da órbita, excentricidade e inclinação. Para o GPS, por exemplo, o atraso fixo é em média de 445,6 ps para cada segundo decorrido no solo. Mais importante, se tomarmos cada satélite individualmente, descobrimos que os desvios da média chegam a cerca de 50 nanossegundos por dia. Para o PRN 21 da mesma constelação, encontramos um efeito periódico causado pela excentricidade de sua órbita com amplitude de 56,6 ns com um período igual ao orbital. Ou seja, a depender da posição do satélite na órbita o relógio pode estar adiantado ou atrasado em até 56,6ns. Isso pode afetar aplicações com precisão de dezenas de metros. Dentre as seis constelações, 38,9% dos satélites exigem esse tipo de correção para precisão na ordem de metros. Verificou-se ainda outro efeito periódico, causado pelo achatamento da Terra com um período de metade do orbital e uma amplitude que para os satélites em órbitas médias vai de 60 a 100 ps, e assim causa problemas para aplicações que requerem precisão a nível centimétrico. Ter esse tipo de estimativa para todos os 118 veículos GNSS atualmente em operação nos ajuda a entender melhor a importância de ter a correção relativística correta para cada aplicação.pt_BR
dc.identifier.citationVIVACQUA, Lucas Gaudencio. Efeitos relativísticos e os sistemas satelitais de geolocalização. Orientador: Dr. José Henrique Fernandez. 2024. 174f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Aeroespacial) - Escola de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60454
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AEROESPACIALpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectGNSSpt_BR
dc.subjectRelatividade restritapt_BR
dc.subjectRelatividade geralpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIASpt_BR
dc.titleEfeitos relativísticos e os sistemas satelitais de geolocalizaçãopt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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