segunda-feira, 2 de junho de 2008

O GPS


1. Introdução

Este trabalho tem como finalidade demonstrar as funcionalidades do Sistema de Posicionamento Global (GPS) no qual compreende uma rede de 24 satélites posicionados na órbita terrestre, onde os mesmos circundam a Terra duas vezes ao dia transmitindo informações aos receptores GPS, quais usam estas informações juntamente com a triangulação para calcular a exata posição do usuário. O receptor de GPS deve receber um sinal de pelo menos três satélites, para calcular uma posição em 2D (latitude e longitude) e movimento de rastro. Com quatro ou mais satélites visíveis, o receptor pode determinar a posição 3D do usuário.
PALAVRAS – CHAVES: Latitude, Longitude, Triangulação, GPS.

O GPS - Global Positioning System é um sistema projetado para fornecer o posicionamento instantâneo bem como a velocidade de um ponto sobre a superfície da Terra ou próximo a ela. Este sistema foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA, originalmente criado com fins militares estratégicos. A partir de meados da década de setenta o seu uso foi estendido para aplicações civis, tendo passado por uma contínua evolução desde então, principalmente no que diz respeito aos equipamentos eletrônicos e programas computacionais. Seus principais objetivos são:
1. Auxílio à radio navegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos

de posição, mesmo com usuários sujeitos a altas dinâmicas;
2. Navegação em tempo real;
3. Alta imunidade a interferências;
4. Cobertura global, 24 horas por dia;
5. Rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.

Representa atualmente uma nova alternativa de posicionamento para a Cartografia e ciências afins, tendo o uso do GPS crescido significativamente em aplicações nas atividades agrícolas, florestais e de segurança.

2. Sistemas de GPS

NAVISTAR (Navigation System with Time and Ranging) estão distribuídos em 06 órbitas distintas, a uma altitude aproximada de 20 mil km, com um plano orbital a uma inclinação de 55º em relação ao plano equatorial e um período de revolução de 12 horas siderais. Com esta configuração em qualquer ponto da superfície da Terra há no mínimo 04 satélites acima da linha do horizonte 24 horas por dia.

GLONASS (em russo: ГЛОНАСС; ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система; Sistema de Navegação Global por Satélite) é o sistema russo de posicionamento global, equivalente ao NAVSTAR GPS estadunidense, de navegação por satélite.
O GLONASS usa três níveis orbitais com oito satélites em cada nível. Os satélites GLONASS ainda tem um índice maior de falhas do que o GPS devido a estar incompleto (termino previsto para 2009) o que faz o sistema menos atrativo para os usuários.
Em 25 de dezembro de 2007 foram lançados, à bordo de um foguete, os últimos 3 satélites e no ano de 2008, serão lançados mais 18 satelites que comporão o sistema. O GLONASS pretende tornar-se um sistema alternativo ao GPS, cujo governo dos EUA às vezes desliga para o usuário civil, como aconteceu nas operações militares no Iraque.



Galileo é um Sistema de Posicionamento Global por satélite europeu. Concebido desde o início como um projecto civil, em oposição ao GPS americano, ao GLONASS russo e ao Compass chinês que são de origem militar, tendo, várias vantagens: maior precisão (ainda a ser confirmado em testes reais), maior segurança (possibilidade de transmitir e confirmar pedidos de ajuda em caso emergência) e menos sujeito a problemas (o sistema tem a capacidade de testar a sua integridade automaticamente). Além disso, o sistema será inter-operável com os outros dois sistemas já existentes, permitindo uma maior cobertura de satélites.
O sistema completo incluirá 30 satélites, dos quais 3 ficarão em reserva como suplentes caso sejam necessários, e prevê-se a sua entrada em funcionamento em 2013.
Os primeiros sinais Galileo foram transmitidos no dia 12 de Janeiro de 2006 pelo satélite GIOVE-A que tinha sido colocado em órbita a 28 de Dezembro de 2005.



Compass ou Beidou-2 é o sistema chinês de posicionamento global por satélite.
A China está implementando o seu próprio sistema global de navegação por satélites similar ao GPS norte-americano e o GLONASS russo; conta com 35 satélites, cinco geoestacionários e 30 em órbita média, deverá estar em funcionamento parcial em 2008. Os chineses também participam do sistema de posicionamento global Galileo em parceria com a União Europeia.




2.1. Funcionamento

Os satélites GPS transmitem dois sinais de rádio de baixa potência, designados L1 e L2. Os receptores GPS civis usam a freqüência L1 de 1575,42 Mhz em UHF. Estes sinais viajam até a Terra passando através de nuvens, vidro e plástico, mas não atravessam barreiras sólidas, como prédios e montanhas.
Um sinal GPS contém 03 diferentes bits de informação: um código pseudo-aleatório, dados de efeméride e dados de almanaque. O código pseudo-aleatório é simplesmente um código de identificação que mostra qual satélite está transmitindo a informação. É possível ver este código (um número de dois dígitos) na página de satélite de seu receptor GPS, à medida que identifica de que satélite está recebendo um sinal.
Os dados de efeméride, os quais são constantemente transmitidos por cada satélite, contém informações importantes sobre a situação de cada um deles (boa ou ruim) e também a data e hora atuais. Esta parte do sinal é essencial para determinação de uma posição.
Os dados de almanaque informam ao receptor GPS onde cada satélite deveria estar em qualquer hora ao longo do dia. Cada satélite transmite dados de almanaque, enviando informações sobre sua órbita para cada satélite do sistema.
Cada satélite envia os dados contendo a sua posição exata (posição e elevação) e o momento de inicio da transmissão destes dados. O receptor GPS interpreta esses dados. Com esta informação é possível medir o intervalo de tempo passado entre o momento da transmissão do sinal e a sua recepção de modo a determinar a distância que existe entre o receptor e o satélite. Calculando a distância a pelo menos 03 satélites é possível determinar a posição corrente sobre a Terra onde está colocado o receptor.

2.2 Sistema de Coordenadas

A posição é definida em modo único, para o qual um ponto sobre a Terra não pode ser confundido com outro. Para fazer isto se utiliza o sistema de coordenadas que descreve as posições.
O novo receptor Magellan pode utilizar 12 sistemas diferentes de coordenadas para indicar um ponto; LAT/LON (latitude e longitude), UTM (Universal Transverse Mercator), OSGB, Grelha Irlandesa, Finlandesa, Alema, Francesa, MGRS, Grelha Cliente, Grelha Suiça, TD o Grelha Sueca.
O sistema de seleção (no SETUP) é determinado pelo tipo de mapa e carta que se utilizam; é comum querer ativar o receptor de modo a existir um ponto que coincida sobre o mapa.


2.3 Precisão do GPS

Hoje os receptores GPS são muito precisos por serem fabricados com multi-canais paralelos. Os receptores GARMIN de 12 canais são rápidos na aquisição de sinais de satélite quando são ligados e se mantém "travados" mesmo numa floresta densa ou numa paisagem urbana com prédios altos. No entanto alguns fatores atmosféricos e outras fontes de erro podem afetar a precisão de um receptor GPS. Estes receptores apresentam, em média, uma precisão 15 metros.


Os novos receptores GARMIN usam também o WAAS (Wide Area Augmentation System) que pode aumentar a precisão dos sinais GPS para menos de 3 metros, em média. Nenhum equipamento adicional ou pagamento de qualquer taxa é necessário para usar o WAAS. Os usuários também podem conseguir mais precisão com o GPS Diferencial (DGPS), que corrige os sinais GPS, aumentando a precisão para uma média de 3 a 5 metros. A Guarda Costeira Americana opera o serviço de correção DGPS mais comum. Este sistema consiste numa rede de torres que recebem sinais GPS e transmitem um sinal corrigido para um outro transmissor. Para usar o sinal corrigido, os usuários devem possuir um receptor diferencial e uma antena diferencial, além do receptor GPS.



2.4 Possíveis Erros

Os fatores que podem degradar os sinais GPS e afetar sua precisão são os seguintes:
Atrasos na ionosfera e troposfera: Os sinais dos satélites diminuem de intensidade à medida que atravessam a atmosfera. No entanto, o sistema é capaz de calcular uma média do atraso para corrigir parcialmente esse tipo de erro.
• Sinal com caminhos múltiplos: Isto ocorre quando o sinal GPS é refletido por

objetos como prédios altos ou montanhas, antes de alcançarem o receptor. Isto aumenta o tempo que o sinal leva do satélite até o receptor, causando erros.
• Erros do relógio do receptor: O relógio interno do receptor não é tão preciso quanto o relógio atômico dos satélites GPS. Assim, podem ocorrer pequenos erros na medição do tempo.
• Erros de órbita: Também conhecidos como erros de efeméride, os erros de órbita representam erros nas informações das posições dos satélites.
• Número de satélites visíveis: Quanto mais satélites um receptor GPS puder enxergar no céu, melhor a precisão. Prédios, terrenos, interferências eletrônicas ou uma cobertura densa de uma floresta, por exemplo, podem bloquear a recepção do sinal, causando erros de posição ou possivelmente nenhuma leitura de posição no receptor. As unidades GPS geralmente não funcionam dentro de casas ou outras coberturas, debaixo d'água ou da terra.
• Geometria dos satélites: Isto se refere à posição relativa dos satélites a qualquer hora. A geometria ideal dos satélites á alcançada quando estão localizados em grandes ângulos em relação a outros satélites. Uma geometria ruim de satélites ocorre quando estão alinhados em linha reta ou num grupo muito unido.

Degradação intencional dos sinais dos satélites: A disponibilidade seletiva (SA - Selective Availability) é uma degradação intencional do sinal imposta pelo Departamento de Defesa americano. A disponibilidade seletiva foi criada para evitar que inimigos militares dos EUA usem um sinal GPS de alta precisão. O governo americano desabilitou o sistema que provocava a degradação intencional em maio de 2000, o que aumentou significativamente a precisão dos receptores GPS civis.






3. Conclusão

Ferramenta mais precisa atualmente para localização no globo terrestre, usando uma constelação de 24 satélites para isso, usando o método de triangulação, o GPS pode informar com uma grande precisão a localização de um ponto, esse sistema é feito de maneira bem simples usando sinais digitais pseudo randômicos, para calcular o tempo que leva o sinal que sai do satélite chegar a estação, podendo assim calcular assim sua distância, achando assim suas coordenadas.
Considerando o desenvolvimento da tecnologia de exclusão de erro usando modelos matemáticos, o GPS vem sendo a ferramenta mais exata para a localização no globo, nos âmbitos militares ele tem uma precisão excelente, sendo em uso civil a melhor ferramenta para navegação e localização.








4. Bibliografia
HURN, Jeff.. Disponível em Acessado em 01/06/2006 as 23.30.
FONTANA, Sandro Paulo. Disponível em acessado em 28/05/2006 as 14.30.
Disponível em acessado em 25/05/2006 as 12:25.
UOL, GPS. Disponível em acessado em 25/05/2006 as 23:00.

4 comentários:

ANDRE ROSA disse...

ACHEI MUITO ESCLARECEDOR ESSE SEMINARIO, PRINCIPALMENTE ME ESCLARECEU QUE O GPS É GRATUITO E ENTRARA OUTRO TIPO DE LOCALIZADO, QUE É NO CASO AQUELE QUE SERÁ LANÇADO PELOS RUSSOS.

Fábio Moreira disse...

O Sistema de Localização Pessoal (GPS) é "O aparelho", a apresentação de vcs foi legal, mas eu me esquecí de perguntar uma coisa pq aquele avião dos EUA não é encontrado pelo satélite ?

Parabens !!!!!

FÁBIO MOREIRA

Murilo disse...

É um sistema de radionavegação baseado em satélites que permite a qualquer usuário saber a sua localização, velocidade e tempo, 24 horas por dia em qualquer ponto do globo terrestre ? ah e também queria saber por que o avião dos EUA não é detectado pelo satelite, boa pergunta fábio!!!!

5ENN11 disse...

O GPS é uma ferramenta muito útil para fins militares e civil. Por exemplo, o GPS permite que tropas militares localizem alvos inimigos em total escuridão em terrenos desconhecidos para coordenar ataques. No entanto, o nome do dispositivo de uso militar são chamados de CDA (Assistente Digital de Comandantes) e SDA (Assistente Digital de Infantaria). Em guerras o dispositivo é utilizado para localizar alvos potencialmente hostis, evitando a destruição ou morte de construções e civís inocentes. O mesmo dispositivo também serve para localizar veículos como areonaves que se perderam, cairam ou foram abatidas, tanto civis ou militares.

Para fins mais nobres, civis podem se beneficiar do sistema como auxiliar de navegação. Alguns celulares mais modernos possuem mapas completos de cidades que operam através do GPS dando a localização exata do usuário.

- Felipe Beltrão