GPS - Sistema de Posicionamento Global

Mais de 50 satélites como este NAVSTAR já foram lançados desde 1979.


O Sistema de Posicionamento Global, popularmente conhecido por GPS (do acrónimo/acrônimo do inglês Global Positioning System), é um sistema de posicionamento por satélite americano, por vezes incorretamente designado de sistema de navegação, utilizado para determinação da posição de um receptor na superfície da Terra ou em órbita. Existem atualmente dois sistemas efetivos de posicionamento por satélite; o GPS americano e o Glonass russo; também existem mais dois sistemas em implantação; o Galileo europeu e o Compass chinês.
O sistema GPS foi criado e é controlado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América, DoD, para uso exclusivo militar. Atualmente é aberto para uso civil gratuito, requerindo apenas um receptor capaz de captar o sinal emitido pelos satélites.
O DoD fornece dois tipos de serviços GPS: Standard e Precision.


O sistema está dividido em três partes: espacial, de controlo e utilizador. O segmento espacial é composto pela constelação de satélites. O segmento de controlo é formado pelas estações terrestres dispersas pelo mundo ao longo da Zona Equatorial, responsáveis pela monitorização das órbitas dos satélites, sincronização dos relógios atómicos de bordo dos satélites e actualização dos dados de almanaque que os satélites transmitem. O segmento do utilizador consiste num receptor que capta os sinais emitidos pelos satélites. Um receptor GPS (GPSR) descodifica as transmissões do sinal de código e fase de múltiplos satélites e calcula a sua posição com base nas distâncias a estes. A posição é dada por latitude, longitude e altitude, coordenadas geodésicas referentes ao sistema WGS84.

Antena de telhado para GPS

Descrição técnica

Receptores GPS vêm numa variedade de formatos, de dispositivos integrados dentro de carros, telefones, e relógios, a dispositivos dedicados somente ao GPS como estes das marcas Trimble, Garmim e Leica.

O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em 1995. Seu desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Consiste numa “constelação” de 28 satélites sendo 4 sobressalentes em 6 planos orbitais. Os satélites GPS, construídos pela empresa Rockwell, foram lançados entre Fevereiro de 1978 (Bloco I), e 6 de Novembro de 2004 (o 29º). Cada um circunda a Terra duas vezes por dia a uma altitude de 20200 quilometros (12600 milhas) e a uma velocidade de 11265 quilômetros por hora (7000 milhas por hora). Os satélites têm a bordo relógios atómicos e constantemente difundem o tempo preciso de acordo com o seu próprio relógio, junto com informação adicional como os elementos orbitais de movimento, tal como determinado por um conjunto de estações de observação terrestres.

Medição com um GPS

O receptor não necessita de ter um relógio de tão grande precisão, mas sim de um suficientemente estável. O receptor capta os sinais de quatro satélites para determinar as suas próprias coordenadas, e ainda o tempo. Então, o receptor calcula a distância a cada um dos quatro satélites pelo intervalo de tempo entre o instante local e o instante em que os sinais foram enviados (esta distância é chamada pseudodistância). Descodificando as localizações dos satélites a partir dos sinais de microondas (tipo de onda electromagnética) e de uma base de dados interna, e sabendo a velocidade de propagação do sinal, o receptor, pode situar-se na intersecção de quatro calótes, uma para cada satélite.

Até meados de 2000 o departamento de defesa dos EUA impunha a chamada "disponibilidade selectiva", que consistia em um erro induzido ao sinal impossibilitando que aparelhos de uso civil operassem com precisão inferior a 90 metros.
Porém, o presidente Bill Clinton foi pressionado a assinar uma lei determinando o fim dessa interferência no sinal do sistema[carece de fontes?], desse modo entende-se que não há garantias que em tempo de guerra o serviço continue a disposição.
No cenário militar, o GPS é também usado para o direcionamento de diversos tipos de armamentos de precisão, como as bombas JDAM (Joint Direct Attack Munition) e os famosos mísseis Tomahawk. Estas bombas "inteligentes" são guiadas a seus alvos por um sistema inercial em conjunto com um GPS. Este tipo de sistema de guiamento pode ser usado em qualquer condição climática e garante um alto índice de acertos.

Aplicações

Coordenadas com um GPS com Bússola e Altímetro integrado

Além de sua aplicação óbvia na aviação geral e comercial e na navegação marítima, qualquer pessoa que queira saber a sua posição, encontrar o seu caminho para determinado local (ou de volta ao ponto de partida), conhecer a velocidade e direcção do seu deslocamento pode-se beneficiar com o sistema. Atualmente o sistema está sendo muito difundido em automóveis com sistema de navegação de mapas, que possibilita uma visão geral da área que você está percorrendo.

A comunidade científica utiliza-o pelo seu relógio altamente preciso. Durante experiências científicas de recolha de dados, pode-se regist(r)ar com precisão de micro-segundos (0,000001 segundo) quando a amostra foi obtida. Naturalmente a localização do ponto onde a amostra foi recolhida também pode ser importante. Agrimensores diminuem custos e obtêm levantamentos precisos mais rapidamente com o GPS. Unidades específicas têm custo aproximado de 3.000 dólares e precisão de 1 metro, mas existem receptores mais caros com precisão de 1 centímetro. A recolha de dados por estes receptores é mais lenta.

Exemplo de um receptor GPS com mapas, instalado em um carro.

Guardas florestais, trabalhos de prospecção e exploração de recursos naturais, geólogos, arqueólogos, bombeiros, são enormemente beneficiados pela tecnologia do sistema. O GPS tem-se tornado cada vez mais popular entre ciclistas, balonistas, percadores, ecoturistas, geocachers, vôo livre ou por aventureiros que queiram apenas orientação durante as suas viagens. Com a popularização do GPS, um novo conceito surgiu na agricultura: a agricultura de precisão. Uma máquina agrícola dotada de receptor GPS armazena dados relativos à produtividade em um dispositivo de memória que, tratados por programa específico, produz um mapa de produtividade da lavoura. As informações permitem também otimizar a aplicação de corretivos e fertilizantes.

Tipos de receptores

Comparação entre a duração da órbita de um satélite e o período de rotação da Terra
Existem diferentes receptores GPS, desde diversas marcas que comercializam soluções "tudo-em-um", até os externos que são ligados por cabo ou ainda por bluetooth. Geralmente categorizados em termos de demandas de uso em Geodésicos, Topográficos e de Navegação. A diferenciação entre essas categorias, que a princípio pode parecer meramente de preço de aquisição é principalmente devido à precisão alcançada, ou seja a razão da igualdade entre o dado real do posicionamento, e o oferecido pelo equipamento. Sendo os mais acurados, com valores na casa dos milímetros, os receptores Geodésicos são capazes de captar as duas frequências emitidas pelos satélites (L1 e L2), possibilitando assim a eliminação dos efeitos da refracção ionosférica. Os topográficos, que tem características de trabalho semelhantes à categoria anterior, porém somente captam a portadora L1, também possuem elevada precisão, geralmente na casa dos centímetros. Ambas as categorias tem aplicações técnicas, e características próprias como o pós-processamento, o que significa que geralmente não informam o posicionamento instantaneamente (excepto os modelos RTK).

No caso da categoria de maior uso, a de navegação, embora possua menor precisão de posicionamento, tem inúmeras vantagens como o baixo preço de aquisição e inúmeras aplicações, onde vê-se uma infinidade de modelos, tanto aqueles que integram diversos equipamentos como computadores de mão, celulares, relógios, etc., como aqueles dedicados exclusivamente ao posicionamento GPS, onde também encontramos aplicações para uso do dado de posicionamento em outros equipamentos como notebooks, rastreadores de veículos, etc.

Actualmente com a convergência de dispositivos, existem muita variedade de Pocket PCs com GPS interno. Estes têm a vantagem de se poder escolher o software que se pretende utilizar com eles.

O que ter em conta ao escolher um receptor?

• Número de canais que o receptor utiliza.
• Mapas disponíveis (caso se aplique).
• Luminosidade do(a) ecrã/tela (caso se aplique).
• Autonomia.
• Robustez.
• Tempo de duração das baterias(caso se aplique).

Porque o que conta acima de tudo é a recepção de sinal, conta muito o número de canais que o GPS usa para adquirir o sinal. Actualmente existem receptores com chip SIRF III que usam 20 canais.

Curiosidades

Cada satélite GPS transmite dois sinais de rádio, sendo um para uso civil, divididos em código C/A, que é utilizado nos GPS de navegação e para posicionamento global, de frotas, etc.(menos preciso), e fase da portadora, no qual subdivide-se em L1 e L2, no qual é possível alcançar e obter valores de coordenadas mais precisos de todos, porém, é através de pós-processamento (pode-se chegar a precisões e acurácias centimétricas, é utilizado em trabalhos de cartografia e levantamentos topográficos e geodésicos). E outro mais preciso que o C/A para a obtenção de coordenadas instantâneas, chamado de código P, sendo esse último com um código secreto usado somente pelos militares americanos, no qual a precisão é decimétrica.

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fonte: Wikipédia