🧭 MMPH · Cap.1 — Navegação Precisa em Tempo Real

Mapa Mental PH (aula enxutíssima) · Bento, Navegação Integrada · III.05-NV · Área III do edital · só o que cai, em esquemas · ✎ marque lacunas e oclusões para revisão ativa
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Segurança exige, ao mesmo tempo, precisão e atualidade da posição — onde o navio está, não onde esteve.
  • Métodos tradicionais (visual e radar): obrigavam a anotar e plotar na carta de papel; ao terminar, mostravam só onde o navio estivera.
  • Receptor satélite encurtou a medição, mas ainda exigia plotagem manual.
A virada = posição GNSS sobreposta à carta náutica digital, em tempo real — é o que sustenta a integração das demais ferramentas de bordo.
3 blocos do cap.GNSS (posicionamento por satélite) › cartas náuticas digitais › navegação radar paralela indexada.
GNSSTermo genérico p/ sistema de satélites que atende ao requisito da IMO de um sistema mundial de rádio-navegação (WWRNS). Dá posição, velocidade e hora em tempo real.
  • Cada satélite emite as efemérides (sua posição no instante) e o almanaque (órbitas aproximadas dos demais).
  • Transmite posição + sinal horário de relógio atômico; o receptor mede o atraso do sinal.
Por trilateração: 4 satélites → posição 3D (lat, long, altitude, hora); 3 satélites → só 2D (lat, long, hora).
Recepção comprometida em túneis, florestas densas, dentro de construções ou submerso.

Vantagens (2.1)

extremamente precisotransmissão contínuacobertura mundial 24 hestável (órbita elevada)qualquer climasistema passivo (só recebe)

Fontes de erro

  • Atraso ionosférico: ionosfera fica entre 50 e 550 km de altitude; atenuado por receptor de dupla frequência.
  • Atraso troposférico: vapor d'água; pior nos satélites baixos no horizonte.
  • Multicaminho (multipath): reflexão em montanhas/construções perto do receptor.
Fig. 1-2
Fig. 1-2 — Trilateração de satélites
Não usar satélites com menos de 10 graus de elevação.
Fonte de erroObservação
Relógios atômicospequenos desvios temporais
Efeméridesimprecisão da posição informada
Receptores / ruídos eletrostáticosdependem da qualidade do equipamento
Fig. 1-3
Fig. 1-3 — Camadas atmosféricas (ionosfera/troposfera)

Dupla frequência praticamente elimina a interferência ionosférica; o multicaminho corrige-se por antenas adequadas e altas frequências.

DOPDiluição de Precisão = efeito da geometria dos satélites sobre a precisão (não é propriamente um erro).
Fig. 1-4
Fig. 1-4 — Geometria de satélites e diluição de precisão (DOP)

PDOP (3D) › = HDOP (horizontal) + VDOP (vertical) › TDOP = tempo

  • PDOP ≡ inverso do volume do tetraedro receptor + 4 satélites: volume máximo → melhor geometria → PDOP mínimo.
  • GDOP (geométrica) = PDOP + TDOP; mede a distribuição dos satélites em torno do receptor.
Área de incerteza cresce quando satélites estão próximos entre si ou alinhados; quanto maior o GDOP, maior a imprecisão. Mais satélites → menor chance de geometria ruim.
Fig. 1-5
Fig. 1-5 — Geóide e Elipsóide

Desde 1996, GPS e GLONASS são reconhecidos como componentes do WWRNS.

Datum e geoide (2.3)

GeoideA Terra não é esfera perfeita, mas um geoide — superfície de potencial gravitacional constante.
Cada GNSS adota um DATUM (elipsóide de referência ao nível médio do mar). O DATUM do GPS é o WGS-84; os demais têm coordenadas muito próximas → facilita receptores multi-constelação.
GPSSistema mais utilizado. Originalmente NAVSTAR-GPS, operado pelo Depto. de Defesa dos EUA.
ServiçoQuem usa / precisão
PPS (Posicionamento Preciso)precisão total, só usuários selecionados
SPS (Padrão)aberto; navegação costeira e restrita, 9 metros horizontal a 95%

Segmento Espacial

Mínimo de 24 satélites em 6 órbitas a 20.200 km, inclinação 55°, período de 12 horas; em fev/2020 operava com 31 satélites.

Modernização (Block IIR-M, IIF, III, III Follow-On): relógios de rubídio a ±1 s em 1 milhão de anos; novos sinais civis (L2C, L5, L1C) e o código militar M-Code.

Fig. 1-6
Fig. 1-6 — Órbitas de um GNSS
SegmentoFunção
Espacialsatélites em órbita
Controlerede terrestre: rastreia, monitora, envia comandos e correções
Usuárioreceptores, processadores e antenas

Segmento de Controle

Composição1 estação mestra + 1 alternativa + 11 antenas de comando + 16 estações de monitoramento. Cada satélite é visto por ao menos duas estações.

Satélites modernos trocam dados entre si e corrigem a própria órbita — basta contato a cada seis meses.

Fig. 1-7
Fig. 1-7 — Segmento de Controle do GPS

Disponibilidade Seletiva

S/A (degradação proposital do sinal civil) desativada em 2000: precisão civil de ~45 m para ~10 m. Em troca, vale a Negação Regional (degradação voluntária por região).
SistemaPaís / operaçãoConstelação · altitude · período
GLONASSRússia (militar + civil)27 satélites (24 op + 3 reserva), 3 órbitas de 8, 19.100 km, 11 h, incl. 64,8°
GALILEOEuropa (inteiramente civil), ESA + UE24 (→30), 3 órbitas, 23.222 km, 56°, 14 h
BEIDOU (BDS)China (militar + civil)35 (5 geoestacionários + 30 média), 21.000 km, 13 h
  • GLONASS: inclinação alta dá melhor cobertura em altas latitudes; precisão 12,4 m a 95%. 1ª estação no Hem. Sul no Brasil, Brasília, 2013.
  • GALILEO: em serviço desde 2016; sistema regional EGNOS (tipo SBAS) melhora a precisão; SAR localiza porte de transponder em menos de 10 minutos.
  • BEIDOU: original 1994 (op. 2000, regional); BeiDou-2/Compass 2012 (Ásia-Pacífico); global em 2020, plena prevista p/ 2035.
Por ser civil, o GALILEO não está sujeito a desligamento ou degradação militar como os demais.
Precisão civil: GPS 2,2 m · GLONASS 2,8 m · GALILEO 1 m · BEIDOU 1,2 m. Multi-constelação tende a precisão da ordem de centímetros.
Compara a posição conhecida e precisa de uma Estação de Referência em terra com a posição que os satélites lhe fornecem → obtém a correção diferencial.

Pressuposto: o erro é semelhante para todos os receptores no alcance da estação que usem os mesmos satélites. Emprega também técnicas cinemáticas em tempo real (RTK).

Fig. 1-8
Fig. 1-8 — Correção Diferencial (esquema)
3 elementosestação de referência em terra + link de comunicações + receptor híbrido a bordo → precisão submétrica.
Fig. 1-9
Fig. 1-9 — Correção Diferencial (DGPS)

DGPS no Brasil

  • No Brasil usa-se o DGPS, o sistema de correção mais difundido no mundo; a sigla DGPS aparece no canto da tela.
  • A Marinha transmite correção gratuita a partir dos radiofaróis da costa, na mesma portadora do radiogoniômetro.
  • Dá acurácia p/ Levantamentos Hidrográficos e SIG; estação fixa detecta problemas nos satélites de imediato.
Fig. 1-10
Fig. 1-10 — Rede DGPS da Costa do Brasil
Atenção: a correção só inclui os erros comuns à estação e aos receptores. NÃO elimina multicaminho, ruído eletrostático local nem a incerteza de geometria dos satélites.
Tela principalposição (lat/long), SOG (velocidade no fundo) e COG (rumo no fundo); cabeçalho com nº de satélites, sinal diferencial, data/hora.
BotãoFunção
GOTOseleciona o waypoint como destino
MARK / MOBtoque = marca posição (MARK); pressionado = homem ao mar (MOB)
DIM / PWRtoque liga (ON); pressionado desliga (OFF)
DISPalterna telas auxiliares (mini plotter, rumo, velocímetro, DOP)
Highwaysimula hidrovia com referência no waypoint. Ex.: proa 007°, rumo no fundo 011°, 31,43 m à esquerda da derrota; orienta guinar p/ boreste e adotar fundo 017° — com corrente, manter superfície menor (~014°).
ANCHOR WATCH: círculo de segurança em torno do fundeio; alerta quando o navio garra. Radar/ARPA e ECDIS/ECS têm o mesmo recurso.
Fig. 1-13
Fig. 1-13 — Tela de um monitor GNSS exibindo a função Highway

Agulhas satelitais (7)

Embarcação parada não dá rumo só pela antena GNSS (sem doppler/posições sucessivas, o ícone fica girando na tela).
  • Solução: integrar a agulha giroscópica/magnética — ou usar a agulha satelital (satellite compass).
  • Calcula o rumo por duas antenas GNSS alinhadas à linha proa-popa; o vetor entre elas dá o rumo na superfície.
  • Modelos com três antenas em estrela: a 3ª reduz influência de cabeceio, balanço e caturro.
Fig. 1-12
Fig. 1-12 — Esquema de uma situação genérica (proa x rumo no fundo)
Fig. 1-14
Fig. 1-14 — Agulha satelital instalada em um Navio Veleiro
Segmento espacial robusto, mas o sinal é frágil: transmitido em alta frequência com potência menor que 100 watts, chega à superfície com energia muito baixa.

Baixa potência herdada do NAVSTAR (ocultar sinal, poupar bateria) → vulnerável a interferências. Em exercícios nos EUA, bloqueadores cortaram o GPS a 350 milhas náuticas, da superfície até 12 km de altitude.

AmeaçaO que faz
Bloqueio (jamming)sobrepõe-se ao sinal → ausência de informação
Falsificação (spoofing)altera a derrota sem o navegante perceber
Fig. 1-15
Fig. 1-15 — Interferências intencionais no sinal GNSS
A falsificação costuma ser pior que o bloqueio: em vez de ausência, fornece informação perigosamente enganosa.
  • Usar vários GNSS protege pouco: todos têm vulnerabilidades semelhantes (resiliência só marginal).
  • M-Code (só Forças Armadas dos EUA): praticamente imune à falsificação por criptografia forte.
  • Militar: VANT americano de >4 milhões de dólares alimentado com coordenadas falsas colidiu no Irã (2011); Loran desativado no Canadá (2010) e na Europa (2015).

Fontes alternativas de PNT (8.1)

SistemaPrincípio
IRS (inercial)giroscópios + acelerômetros; posição a partir de um ponto de partida (submarinos nucleares)
eLoranLoran-C modernizado; baixa freq., alta potência, longo alcance, sem atrasos atmosféricos; alcança até dentro de contêineres metálicos
Fig. 1-17
Fig. 1-17 — Sistema de PNT alternativo eLoran
R-Modesinais de alcance de radiofaróis MF ou estações AIS/VDES
Bússola Quânticaátomos super-resfriados; promessa de ~90 cm de precisão
NAVSOPsinais de oportunidade (TV, rádio, Wi-Fi, telefonia)
VDESevolução do AIS, estudada como A-PNT (VDES-R)

eLoran: cada estação alcança ~1.000 km; precisa de pelo menos três para posição 3D; pode transmitir correção como um DGNSS (eDLoran).

Fig. 1-19
Fig. 1-19 — Soluções alternativas de PNT para o Brasil
Só as cartas náuticas digitais permitem navegação verdadeiramente em tempo real. Dois tipos oficiais: ENC (vetorial) e RNC (raster / bitmap).
Fig. 1-20
Fig. 1-20 — Navegação em cartas náuticas em papel

Levantamentos hidrográficos (9.1)

EquipamentoCaracterística · alcance
Ecobatímetro monofeixemede em linhas espaçadas; sem garantia entre as linhas
Ecobatímetro multifeixeensonificação total do fundo; até 11.000 m de profundidade
SVL (side scan sonar)"peixe" rebocado; retroespalhamento; achou o Titanic a 3.800 m
LiDARaerolevantamento a LASER; alcança mais de 50 metros conforme a água

A OHI recomenda cobertura total nas áreas críticas (portos, atracadouros, canais de folga mínima sob a quilha).

Fig. 1-22
Fig. 1-22 — Ecobatímetro Multifeixe e Sonar de Varredura Lateral
Fig. 1-24
Fig. 1-24 — Diagrama de Levantamentos

Diagrama CATZOC (Zona de Confiabilidade)

Cat.Precisão posiçãoPrecisão profundidade
A1± 5 m0,5 + 1% (DGNSS + multifeixe; cobertura total)
Fig. 1-25
Fig. 1-25 — Diagrama de Zona de Confiabilidade (CATZOC)
A2± 20 m1 + 2% (ecobatímetro moderno + SVL)
B± 50 m1 + 2% (sem SVL; sem garantia de cobertura)
C± 500 m2 + 5% (baixa acurácia; anomalias possíveis)
D / U—D baixa qualidade; U ainda não avaliados
A Carta Náutica Oficial só pode ser produzida por (ou sob autoridade de) um Governo / Serviço Hidrográfico autorizado, conforme a OHI. As demais são não oficiais.
Fig. 1-31
Fig. 1-31 — Produção de Cartas Náuticas por meio de um BDHC

Raster (RNC)

Fig. 1-29
Fig. 1-29 — Exibição noturna e nível de ampliação de trecho de uma ENC
  • Matriz de pontos (bitmap), como foto: perde resolução ao ampliar e não permite interação com os elementos. Outro formato: ARCS (UKHO).
    • Fig. 1-27
    Fig. 1-27 — Visões noturna, crepuscular e diurna de uma RNC
    Fig. 1-30
    Fig. 1-30 — Formatos Vetorial (esquerda) e Raster (direita)
    Fig. 1-32
    Fig. 1-32 — Conceito de Carta Náutica do futuro
  • Vantagens sobre papel: tempo real, troca automática de cartas, sobreposição de radar e AIS, visões diurna/crepuscular/noturna.

Vetorial (ENC)

Seleção de um banco de dados exibida como imagem (curvas, polígonos, texto em vetores): não perde resolução ao ampliar, isola objetos e é quase contínua (não vinculada a projeção).
NormasENC = carta vetorial oficial pela norma S-57 da OHI; criptografada pela S-63. Idioma oficial = inglês; o banco transformado é o SENC.
Vetorial: vantagensVetorial: desvantagens
banco de dados; interação; camadas adicionaisprodução demorada
atualização por arquivos pequenos (RNC exige trocar o arquivo pesado)exige sistemas mais robustos
DATUM horizontal de todas as cartas deve ser o WGS-84; se a carta nacional usar outro (ex.: Córrego Alegre), traz nota de correção.

OHI adotou o S-57 em 1992 (atualização 2000) e publicou o S-100 em 2010 (alta resolução, plug and play). BDHC gera papel/RNC/ENC de um banco único.

Aplicações especiais (9.4)

  • Inland ENC: feições fluviais (pontes, eclusas, quilometragem) ausentes das ENC marítimas.
  • AML (Camadas Militares Adicionais): estrutura da OTAN compatível com as ENC.
  • Norma nacional: NORMAM-511/DHN.
Posicionamento radarusa LDP de distância radar. Medir primeiro proa e popa (variam mais rápido), por último o través.
Marcações radar NÃO são recomendáveis em águas restritas — pouca discriminação em marcação e o eco nem sempre reproduz a feição. Obter marcação pelo visual, radar só p/ distância.
Posições plotadas mostram onde o navio estava. A Navegação Paralela Indexada resolve: com feições em terra na tela, o navegante confirma em tempo real se está sobre a derrota planejada.

Derrota segura (10.1)

  • Traçam-se linhas paralelas ao rumo de cada pernada, tangentes a pontos notáveis em terra; mantida a distância, o navio está sobre a derrota.
  • Radares têm a opção PIL (Parallel Index Line): cada PIL tangencia o círculo da VRM (Marca de Distância Variável).
  • Execução: linhas azuis = 1ª pernada, encarnadas = 2ª pernada; guina p/ tangenciar as azuis, atinge o ponto de guinada, passa às encarnadas.
    • Fig. 1-34
    Fig. 1-34 — Uso de Navegação Paralela Indexada no Fundeio de Precisão
    Fig. 1-35
    Fig. 1-35 — Execução de uma Navegação Radar Paralela Indexada
  • Versão analógica: linhas a lápis dermatográfico sobre template de vidro/acrílico sobre a tela.
    • Fig. 1-36
    Fig. 1-36 — Uso de template analógico de linhas paralelas
Fig. 1-33
Fig. 1-33 — Posicionamento radar

Fundeio de precisão (10.2)

  • Aproxima um fundeio só com radar — útil à noite, sem auxílios luminosos, baixa visibilidade ou sem pontos notáveis.
  • Plota-se o Ponto de Guinada (PG): da tabela de dados táticos, entra-se com velocidade (ex.: 15 nós) e ângulo de leme (15°) e obtêm-se Afastamento e Avanço.
  • PIL de referência marcam o instante da guinada e a chegada ao fundeio ao tangenciar ilhas notáveis.
Fig. 1-37
Fig. 1-37 — Uso de Navegação Paralela Indexada na aproximação de um Fundeio de Precisão
Atenção: não usar marcações radar em águas restritas — imprecisão da marcação e tangentes de contornos que não representam fielmente a carta.