- Localização da posição - coordenadas geográficas
Para indicar a posição de um lugar à superfície da Terra costumamos utilizar as chamadas coordenadas geográficas: latitude e longitude.
Um meridiano é um círculo máximo, perpendicular ao equador, e que passa pelos dois pólos geográficos. A latitude é o ângulo medido para cima ou para baixo do equador, ao longo de um meridiano. Um paralelo é uma linha circular paralela ao equador, cujos pontos estão à mesma latitude. A longitude é o ângulo para um lado ou para o outro do semimeridiano de Greenwhich. O GPS permite saber, com grande precisão, a latitude e a longitude de qualquer lugar na Terra.
GPS é um sistema de radionavegação baseado em satélites desenvolvido e controlado pelo departamento de defesa dos Estados Unidos da América que permite a qualquer utilizador saber a sua localização, velocidade e tempo, 24 horas por dia, sob quaisquer condições atmosféricas e em qualquer ponto do globo terrestre.
Depois da segunda guerra mundial, o U.S.DoD empenhou-se em encontrar uma solução para o problema do posicionamento preciso e absoluto. Decorreram vários projectos e experiências durante os seguintes 25 anos, incluindo Loran, Transit etc. Todos permitiam determinar a posição mas eram limitados em precisão ou funcionalidade. No começo da década de 70, um novo projecto foi proposto, o GPS.
O GPS tem três componentes: a espacial, a de controlo e a do utilizador.
- Segmento espacial, segmento de controlo e segmento de utilizador
Segmento espacial - Descrevem órbitas aproximadamente circulares em torno da Terra, a cerca de 22 200 km de altitude, dando duas voltas completas por dia. As órbitas estão contidas em seis planos que fazem 60º entre si. Em casa órbita há quatro satélites que, num dado ponto da Terra, estejam em linha de vista, pelo menos quatro satélites. Transmitem e captam ondas electromagnéticas na banda das microondas, que transportam dados referentes a posição e tempo.
Segmento de controlo - É constituída por 5 estações de rastreio distribuídas ao longo do globo e uma estação de controlo principal (MCS- Master Control Station). Esta componente rastreia os satélites, actualiza as suas posições orbitais e calibra e sincroniza os seus relógios. Outra função importante é determinar as órbitas de cada satélite e prever a sua trajectória nas 24h seguintes. Esta informação é enviada para cada satélite para depois ser transmitida por este, informando o receptor do local onde é possível encontrar o satélite.
Segmento de utilizador - Inclui todos aqueles que usam um receptor GPS para receber e converter o sinal GPS em posição, velocidade e tempo. Inclui ainda todos elementos necessários neste processo como as antenas e software de processamento.
Os fundamentos básicos do GPS baseiam-se na determinação da distância entre um ponto, o receptor, a outros de referência, os satélites. Sabendo a distância que nos separa de 3 pontos podemos determinar a nossa posição relativa a esses mesmos 3 pontos através da intersecção de 3 circunferências cujos raios são as distancias medidas entre o receptor e os satélites. Na realidade são necessários no mínimo 4 satélites para determinar a nossa posição correctamente, mas deixemos isso para depois.
Cada satélite transmite um sinal que é recebido pelo receptor, este por sua vez mede o tempo que os sinais demoram a chegar até ele. Multiplicando o tempo medido pela velocidade do sinal (a velocidade da luz), obtemos a distância receptor-satélite atravéz da fórmula: d = vxt
A distância pode ser determinada através dos códigos modulados na onda enviada pelo satélite (códigos C/A e P), ou pela integração da fase de batimento da onda portadora.
O receptor foi preparado de modo a que somente decifre esses códigos e mais nenhum, deste modo ele está imune a interferências geradas quer por fontes radio naturais quer por fontes radio intencionais, será esta uma das razões para a complexidade dos códigos.Como o código P está intencionalmente reservado para os utilizadores autorizados pelo governo norte americano, (forças militares norte americanas e aliados) os utilizadores “civis” só podem determinar a distancia através da sintonia do código C/A.
Conhecendo a distância em relação a três ou mais satélites, o receptor pode calcular a sua posição com base numa série de equações. Em teoria, a distância pode ser calculada multiplicando o tempo que o sinal demora a chegar pela velocidade a que este viaja (a velocidade da luz). No entanto, na prática são necessários cálculos mais sofisticados, uma vez que podem existir inúmeras interferências, como as condições atmosféricas ou as perturbações do Sol. A informação de três satélites é necessária para calcular a longitude e a latitude; no entanto, são necessários quatro para calcular também a altitude [UEVO03].
- Sincronização dos relógios no Sistema GPS
A sincronização dos relógios que equipam os satélites é feita através de um quarto satélite que intervém unicamente para acertar os relógios dos outros três satélites. Essa sincronização é conseguida pelas correcções efectuadas com base na teoria da Relatividade e pela utilização de relógios bastante precisos – os relógios atómicos. Os receptores de GPS, possuem relógios de quartzo que estão constantemente a serem acertados pelos sinais dos satélites.
- Relógios Mecânicos, de Quartzo e Atómicos
Os relógios mecânicos são afectados por muitos problemas, tais como efeitos da variação da temperatura e desgaste das peças.
Os relógios de Quartzo surgiram pela primeira vez em 1933, Berlim, no Instituto Físico-Técnico. O quartzo é uma espécie cristalina de silício. Com a aplicação do quartzo, a variação diária da aferição do tempo chegou ao factor aproximado de precisão de 1/1.000 milissegundos. Infelizmente, nem tudo no quartzo é perfeito; necessitam e devem ser mantidos em temperaturas constantes; a depreciação do quartzo é progressiva, influenciando bastante a sua capacidade e que logicamente afecta a sua precisão.
O relógio atómico é um aparelho destinado a medir intervalos de tempo através da frequência de ondas electromagnéticas emitidas ou absorvidas por átomos e moléculas. Essas frequências são extraordinariamente estáveis, e por isso, em 1964, os cientistas de todo o mundo adoptaram a velocidade de vibração de um relógio atómico como padrão para a definição da unidade de tempo. Hoje em dia, existem relógios atómicos de césio com precisão de um segundo em cada 3300 anos e de hidrogéniomaser com precisão de um segundo em cada 10 000 anos.
- Sistema Galileu: a independência europeia
A UE quer criar um novo sistema de navegação por satélite, designado Galileu. O objectivo do projecto, de utilização civil, é a total independência do GPS norte-americano.Em 2008, a União Europeia (UE) prevê lançar o Galileu, um novo sistema de navegação por satélite para rivalizar com o GPS norte-americano. O projecto tem como objectivo lançar satélites que possam fornecer serviços similares ao GPS, que é gerido pelos, serviços militares norte-americanos. Assim que estiver operacional, o Galileu, um investimento estimado em 3,25 mil milhões de euros, torna-se no "grito de independência" europeu relativamente aos existentes sistemas de navegação por satélite norte-americano e russo, de uso militar. O Galileu, desenvolvido especificamente para uso civil, vai ser capaz de apurar a exacta localização de pessoas e objectos equipados com o receptor de dados apropriado. Os dados vão ser disponibilizados por uma rede de 30 satélites, a lançar em 2008.
Os sistemas de navegação por satélite, o GPS e o Glonass, foram originalmente desenhados para fins militares. Com a queda do Muro de Berlim e o fim da Guerra Fria, os respectivos governos permitiram que serviços de localização por satélite fossem utilizados para fins civis. No entanto, no caso do GPS, as informações fonecidas pelos satélites norte-americanos tinham deliberadamente uma margem de erro da ordem dos 100 metros. Isto significa que os dados não forneciam com exactidão as posições correctas que permitissem total segurança em aplicações terrestres e marítimas. Entretanto, os Estados Unidos têm vindo a permitir aos receptores europeus urna leitura mais correcta do GPS. Ainda assim, a margem de erro é de 10 a 20 metros.Mas a leitura dos dados de localização GPS pode, sempre que assim o entendam, ser novamente codificada pelos Estados Unidos (o que aconteceu no decorrer da Guerra do Golfo), negando o acesso aos europeus. O mesmo é dizer que a Europa está dependente da "boa vonta-de" norte-americana nesta matéria. Com o Galileu operacional, a Europa torna-se independente do sistema americano, o que deverá acontecer em 2008.
- GPS de terceira geração-principais inovações
Estudo da consultoria TNS - “GTI Telecoms 2007/2008” - revela que os serviços de localização (GPS) são utilizados por apenas 1% dos usuários de telefonia móvel na região. Globalmente, o uso do serviço também é baixo - 5%. Mas se, agora, a adesão é incipiente, a perspectiva de consumo surpreende.
Não à toa, gigantes como a Nokia e Google apresentam forte interesse no segmento. No estudo, o GPS no celular supera aplicações como TV Móvel, MP3 e acesso à Internet na preferência do consumidor.
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