Sistema de Navegação GPS

O “Global Positioning System”, permite a qualquer pessoa que tenha um receptor GPS, possa calcular , com extrema exatidão e em tempo real, a posição geográfica, em latitude e longitude, em que se encontra. sistema foi declarado totalmente operacional apenas em l995. Seu desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Preocupados com o uso inadequado , os militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis) - sps, Standard Positioning System. Os receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de 15 a 100 metros. Cada satélite emite um sinal que contém: código de precisão (P); código geral (CA) e informação de status.. Está disponível para qualquer usuário no mundo, em todas condições climáticas e de forma contínua.

Satélites do programa GPS ao redor do Globo Terrestre

Para isso, o sistema é composto por dois segmentos. O Primeiro segmento é espacial (FIGURA 1), formado por 24 satélites que emitem simultaneamente sinais de rádio codificados. A potência de transmissão é de apenas 50 Watts. A hora-padrão GPS é passada para o receptor do usuário. Receptores GPS em qualquer parte do mundo mostrarão a mesma hora, minuto, segundo,... até mili-segundo. Estes satélites dispostos em 6 órbitas diferentes, cada uma com 4 satélites. Por estarem perfeitamente distribuídos, possibilita que sempre possam ser vistos de qualquer ponto do globo. O Segundo é terrestre, formado por sub-segmentos, um de Controle, localizado nos EUA – Colorado, responsável por monitorar o rastro e desempenho dos satélites, assim como enviar ordens aos mesmos e tratar de sua manutenção à distância. Isso tudo é necessário para que sempre, pelo menos 4 satélites sempre estejam em ângulos perfeitos e, assim, possam fornecer as dimensões X, Y, Z e tempo (dados necessários na triangulação, calculo e fornecimento dos dados). Essas 4 dimensões, anteriormente comentadas, já fazem parte de outro sub-segmento, o de Usuário pois, quando os 4 satélites se alinham e fornecem esses dados, através de sua triangulação, pode-se, através de um dispositivo comum de recepção de GPS, obter exatamente as coordenadas de latitude, longitude e altitude em tempo exato, em qualquer lugar do mundo. O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para os receptores. Controles em terra (Segundo segmento) rastreiam os satélites e mantém seus almanaques atualizados. Cada satélite tem códigos P e CA únicos, e o receptor pode distinguí-los. O código P é mais complexo que o CA, quase impossível de ser alterado e somente militares têm acesso garantido a ele. Receptores civis medem os lapsos de tempo entre a recepção dos sinais codificados em CA. Os receptores militares não são afetados. Existe outra fonte de erro que afeta os receptores civis: a interferência ionosférica. Quando um sinal de rádio percorre os eletrons livres na ionosfera, sofre um certo atraso. Sinais de freqüências diferentes sofrem atrasos diferentes. Para detectar esse atraso, os satélites do sistema enviam o código P em duas ondas de rádio de diferentes freqüências, chamadas L1 e L2. Receptores caros rastreiam ambas as freqüências e medem a diferença entre a recepção dos sinais L1 e L2, calculam o atraso devido aos eletrons livres e fazem correções para o efeito da ionosfera. Receptores civis não podem corrigir a interferência ionosférica porque os códigos CA são gerados apenas na freqüência L1 ( l575,42 MHz ).

figura2. ( alinhamento dos satélites para prover as 4 dimensões necessárias)

o satélite GPS envia sinais com poucas informações e de baixa potência para antenas do tamanho do dedo polegar. De fato, os sinais GPS são tão fracos que não são maiores que o ruído de fundo (de rádio) inerente à Terra. Com um mínimo de três satélites, o receptor pode determinar uma posição Lat/Long, que é a chamada posição fixa bi-dimensional (2d). Com a recepção de quatro ou mais satélites, um receptor pode determinar uma posição 3D, isto é, Lat/Long/Altitude.Pelo processamento contínuo de sua posição, um receptor pode também determinar velocidade e direção do deslocamento.

Exemplos de algumas áreas onde o GPS pode ser aplicado: Agricultura; Aviação, Civil e militar; Biólogia; Navegação, civil e militar; Engenharia; Geógrafia; Geólogia; Topógrafia: Existem receptores específicos, conhecidos como não-codificados, que são super acurados. Como desconhecem os valores do código P, obtém sua precisão usando técnicas especiais de processamento. Eles recebem e processam o código P por um número de dias e podem obter uma posição fixa com precisão de 10 mm. É ótimo para levantamento topográfico. Telecounicações

FATORES QUE AFETAM A PRECISÃO DO SISTEMA Um dos fatores que afeta a precisão é a "Geometria dos Satélites", ou seja, a localização dos satélites em relação uns aos outros e ao receptor GPS. Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. Na verdade, o receptor pode não ser capaz de se localizar, porque todas as medidas surgem da mesma direção geral. Isto significa que a triangulação é pobre e a área onde o receptor busca sua posição cobre um espaço muito grande. Dessa forma, mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é precisa. Com os mesmos 4 satélites, se espalhados em todas as direções, a precisão melhora drasticamente. Suponhamos os 4 satélites separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste. A geometria é ótima, pois as medidas surgem de várias direções. A área de busca do receptor é muito menor e a precisão muito maior. A geometria dos satélites torna-se importante quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios ou em áreas montanhosas ou vales.