1.1.3 Sistema de posicionamento global (GPS)

1. 1.1.3 Sistema de posicionamento global (GPS)

2. O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de localização no globo terrestre: • utiliza comunicação por satélite (24 inicialmente, atualmente pode utilizar até 32) • situados a cerca de 20 200 km acima da superfície da Terra • demoram 12h a dar uma volta completa à Terra. • Os recetores recebem sinais de satélites (com relógios atómicos), descodificam e armazenam informação, trocam dados com outros recetores (com cronómetros de quartzo) ou computadores. • Os sinais são transportados por ondas eletromagnéticas (velocidade da luz) com frequências da ordem de 1000 a 2000MHz (micro-ondas). Cada satélite tem o seu sinal próprio, o recetor GPS identifica o satélite através da comparação com registos que tem em memória. • O tempo da emissão e receção permite determinar a distância entre o recetor e o satélite. • A sincronização dos relógios que equipam os satélites e os recetores GPS é um aspeto crucial, pelo que é usado um quarto satélite

3. Rede de satélites que orbitam a Terra a cerca de 20 200 km de altitude. • Dão duas voltas completas por dia. • Em cada ponto da Terra devem estar, pelo menos quatro satélites em linha de vista. • Obtêm energia de painéis solares. • Equipados com relógios atómicos. • Emitem e captam radiação micro-ondas.

4. Rede de estações de rastreio e antenas ligada a uma central de controlo em Colorado Springs, USA, que monitoriza a órbita, velocidade e tempo marcado de cada satélite e que pode fornecer instruções de correção das mesmas. Corrige ainda erros provocados por condições atmosféricas adversas. MCS ShrieverAir Force Base, Colorado Springs

5. Recetores que recebem os sinais de micro-ondas (1000 a 2000 MHz de frequência) emitidos por pelo menos três satélites, fazendo a conversão dos dados fornecidos em coordenadas de posição, valores de velocidade e cronometragem do tempo.

6. O sinal emitido por um satélite informa qual a sua posição na órbita e qual o tempo, t, marcado no seu relógio atómico. O recetor recebe o sinal no instante t + ∆t, que coincide com o tempo marcado no seu relógio de quartzo. Como o sinal (radiação eletromagnética) se desloca à velocidade da luz (c = 3,0 x 108 m.s-1) o recetor calcula a distância, d, que o separa do satélite, dado que As distâncias calculadas definem três esferas, cada uma centrada num dos três satélites. A posição do recetor GPS está contida na interceção das três superfícies esféricas – método de triangulação.

8. Triangulação ou Trilateração 3D Distância a um satélite – Estamos sobre uma superfície esférica Distância a 2 satélites – Estamos sobre uma circunferência Distância a 3 satélites – Ocupamos um de dois pontos no espaço Usualmente um destes dois pontos é uma solução absurda em termos físicos.

9. Deste modo é determinada a posição tridimensional de um ponto cujas coordenadas são a latitude, a longitude e a altitude, o que permite ao recetor GPS fornecer a orientação numa viagem pois indica a direção e o sentido do movimento, identificar a localização de pontos num mapa pelas suas coordenadas e armazenar as coordenadas das posições permitindo o percurso em sentido inverso.

10. Aplicações • Astronomia • Cartografia • Telecomunicações móveis • Sincronização de relógios • Emergências • Gestão de tráfego terrestre, marítimo e aéreo • Navegação • Recreio • Robótica • Vigilância • Militares • …

11. Outros sistemas GLONASS – Russo (global) Galileo – Europeu (global) prevê-se totalmente desenvolvido em 2019 Beidou –Chinês (Ásia e Pacífico Ocidental) QZSS – Japonês (Ásia e Oceânia) …