Satélite GPS

O que é GPS?

O Sistema de Posicionamento Global (GPS – Global Positioning System) composta por uma rede de 24 satélites de navegação colocados em órbita pelo Departamento de Defesa dos EUA. GPS foi originalmente planeado para aplicações militares, mas na década de 1980, o governo tornou o sistema disponível para uso civil. O GPS funciona em qualquer condição climática e em qualquer lugar do mundo, 24 horas por dia. Não há taxas de assinatura ou taxa de instalação para utilizar o GPS.

Como funciona

Satélites GPS circundam a terra duas vezes por dia em uma órbita muito precisa, transmitindo informações para a Terra. Receptores de GPS lêem esta informação e usam o sistema de triangulação para calcular a localização exacta do usuário. Essencialmente, o receptor GPS compara o tempo que um sinal foi transmitido por um satélite com o tempo que foi recebido. A diferença de tempo diz ao receptor GPS o quão longe o satélite está. Agora, com medidas de distância de mais alguns satélites, o receptor pode determinar a posição do usuário e exibi-lo no mapa electrónico da unidade.

Um receptor GPS deve ser desbloqueado para o sinal de pelo menos três satélites para calcular uma posição 2D (latitude e longitude) e movimento de rastro. Com quatro ou mais satélites em vista, o receptor pode determinar a posição 3D do usuário (latitude, longitude e altitude). Uma vez que a posição do usuário tenha sido determinada, a unidade de GPS pode calcular outras informações, como velocidade, direcção, distância de viagem, distância ao destino, nascer e pôr do sol e muito mais.

Qual é a precisão do GPS?

Hoje em dia os receptores GPS são bastante precisos. Os receptores baseados em canais paralelos são rápidos a fixar os satélites quando ligado pela primeira vez e mantêm ligações fortes, mesmo em folhagem densa ou áreas urbanas com edifícios altos. Certos factores atmosféricos e outras fontes de erro podem afectar a precisão dos receptores GPS. Receptores GPS tem um erro de 15 metros em média.

Os novos receptores GPS Garmin com WAAS (Wide Area Augmentation System) tem capacidade para melhorar a precisão de erros para 3 metros em média. Nenhum equipamento adicional ou taxas são necessárias para usar o WAAS. Os usuários também podem obter uma melhor precisão com GPS Diferencial (DGPS), que corrige os sinais de GPS para dentro de uma média de três a cinco metros. Este sistema consiste de uma rede de torres que recebem sinais de GPS e transmitem um sinal corrigido por transmissores de sinal. A fim de obter o sinal corrigido, os usuários devem ter um receptor de sinal diferencial e antena farol para além do seu GPS.

O sistema de satélite GPS

Os 24 satélites que compõem o segmento espacial do GPS estão orbitando a Terra a cerca de 12.000 milhas de altitude. Eles estão em constante movimento, fazendo duas órbitas completas em menos de 24 horas. Estes satélites viajam a velocidades de aproximadamente 7.000 quilómetros por hora.

Satélites GPS são alimentados por energia solar. Eles têm baterias de reserva a bordo para mantê-los em funcionamento caso aconteça um eclipse solar, quando não há energia solar. Pequenos propulsores de foguetes em cada satélite mantêm-nos no caminho correto.

Aqui estão alguns factos interessantes sobre os satélites de GPS:

• O primeiro satélite GPS foi lançado em 1978.
• Uma constelação de 24 satélites foi alcançada em 1994.
• Cada satélite é construído para durar cerca de 10 anos. Substitutos estão constantemente a ser construídos e lançados em órbita.
• Um satélite GPS pesa aproximadamente 2.000 quilos e tem cerca de 17 metros de diâmetro com os painéis solares estendidos.
• Potência do transmissor é de apenas 50 watts ou menos.

Qual é o sinal?

Satélites GPS transmitem dois sinais de rádio de baixa potência, designados L1 e L2. GPS civil usa a frequência L1 de 1575.42 MHz na banda de UHF. Os sinais viajam por linha de visão, o que significa que eles atravessem nuvens, vidro e plástico, mas não atravessam a maioria dos objectos sólidos, tais como prédios e montanhas.

Um sinal GPS contém três bits de informação diferentes – um código pseudo-aleatório, dados de efeméride e dados de almanaque.

O código pseudo-aleatório é simplesmente um código de identificação que identifica qual dos satélite está a transmitir informação.

Efemérides de dados, que é constantemente transmitido por cada satélite, contém informações importantes sobre o estado do satélite (saudável ou não), data e hora actuais. Esta parte do sinal é essencial para determinar uma posição.

Os dados de almanaque diz ao receptor GPS onde cada satélite GPS deve estar a qualquer momento do dia. Cada satélite transmite dados de almanaque mostrando a informação orbital para aquele satélite e para todos os outros satélites do sistema.

Fontes de erros de sinal GPS

Factores que podem degradar o sinal de GPS e assim afectar a precisão são:

• Ionosfera e troposfera – O sinal do satélite diminui à medida que passa através da atmosfera. O sistema GPS usa um modelo built-in que calcula um montante médio de atraso para corrigir parcialmente esse tipo de erro.
• Sinal multipath – Isto ocorre quando o sinal GPS é reflectido por objectos como prédios altos ou superfícies rochosas grandes antes de chegar ao receptor. Isto aumenta o tempo de viagem do sinal, causando erros.
• Erros receptor clock – Um receptor tem incorporado um relógio que não é tão preciso como os relógios atómicos a bordo dos satélites GPS. Portanto, ele pode ter erros de temporização muito ligeira.
• Erros Orbital – Também conhecidos como erros das efemérides, estes são imprecisões da localização do satélite.
• Número de satélites visíveis – Quanto mais satélites um receptor GPS pode “ver”, melhor será a precisão. Edifícios, terreno, interferência electrónica, ou até mesmo folhagem densa podem bloquear a recepção do sinal, causando erros de posição ou possivelmente impedindo a leitura da posição. Unidades GPS geralmente não funcionam dentro de casa.
• Satélite geometria / sombreamento – Isto refere-se à posição relativa dos satélites em qualquer momento. Geometria ideal existe quando os satélites estão localizados em grandes ângulos em relação uns aos outros. Pobres resultados geometria acontecem quando os satélites estão localizados em linha ou em um agrupamento apertado.
• Degradação intencional do sinal de satélite – Disponibilidade Selectiva (Selective Availability – SA) é uma degradação intencional do sinal imposta pelo Departamento de Defesa dos EUA. SA foi criada para evitar que os adversários militares usem os sinais de GPS com alta precisão. O governo desligou o SA em maio de 2000, que melhorou significativamente a precisão dos receptores GPS civis.