GPS é uma tecnologia de navegação que, por meio de satélites, fornece informações precisas sobre uma localização. Basicamente, um sistema GPS consiste em um grupo de satélites e ferramentas bem desenvolvidas, como um receptor. O sistema, entretanto, deve compreender pelo menos quatro satélites. Cada satélite e o receptor são equipados com relógio atômico estável. Os relógios dos satélites são sincronizados entre si e os relógios de solo. O receptor GPS também tem um relógio, mas não está sincronizado e não é estável (menos estável). Qualquer desvio da hora real dos satélites em relação ao relógio de solo deve ser corrigido diariamente. Quatro quantidades desconhecidas (três coordenadas e desvio do relógio da hora do satélite) devem ser calculadas a partir da rede sincronizada de satélites e do receptor.O trabalho do receptor GPS é receber sinais da rede de satélites para calcular três equações básicas desconhecidas de tempo e posição.
Um sinal de GPS inclui códigos pseudo-aleatórios e hora de transmissão e posição do satélite naquele momento. O sinal transmitido pelo GPS também é chamado de frequência portadora com modulação. Além disso, um código pseudo-aleatório é uma sequência de zeros e uns. Praticamente, a posição do receptor e o deslocamento do relógio do receptor em relação ao tempo do sistema do receptor são calculados simultaneamente, usando as equações de navegação para processar o tempo de vôo (TOFs). TOF são os quatro valores que o receptor forma usando o tempo de chegada e o tempo de transmissão do sinal. A localização é geralmente convertida em latitude, longitude e altura em relação aos geoides (essencialmente, nível médio do mar). Em seguida, as coordenadas são exibidas na tela.
Elementos de GPS
A estrutura do GPS é complexa. Consiste em três segmentos principais de um segmento espacial, um segmento de controle e um segmento de usuário. Lançar o satélite em uma órbita terrestre média é um trabalho árduo. O segmento espacial compreende 24 a 32 satélites ou veículos espaciais na mesma órbita, 8 cada em três órbitas circulares. Pelo menos seis satélites estão sempre em linha de visão de quase todos os lugares da superfície da Terra.
Ao lado do segmento espacial está o segmento de controle. No segmento de controle, há uma estação de controle mestre, uma estação de controle mestre alternativa, antenas terrestres e estação de monitoramento. O segmento de usuários é composto por milhares de serviços de posicionamento civil, comercial e militar. Um receptor ou dispositivo GPS consiste em uma antena, sintonizada na frequência transmitida por satélites. Também inclui tela de exibição para fornecer localização e hora.
Um receptor GPS é classificado pelo número de satélites que pode monitorar simultaneamente, ou seja, o número de canais. Os receptores geralmente têm quatro a cinco canais, mas avanços recentes mostraram que até 20 canais também foram feitos.
Freqüência de satélite: todas as freqüências de transmissão de satélite. A banda de frequência compreende cinco tipos, como L1, L2, L3, L4 e L5. Essas bandas têm faixas de frequência entre 1176 MHz a 1600 MHz.
Como funciona o GPS
Os satélites GPS giram ao redor da Terra duas vezes por dia. Ele gira em torno de um curso muito preciso e envia indicações e informações para a Terra. Os receptores de GPS obtêm todas as informações e aplicam a triangulação para descobrir a localização precisa do usuário. Fundamentalmente, o receptor de GPS contrasta a duração em que um sinal foi espalhado por um satélite e define o tempo em que foi recebido. A diferença de tempo formula a que distância o receptor está dos satélites do GPS. Ele mede a distância exata com poucos satélites a mais e o receptor determina a posição do usuário e a exibe no mapa do aparelho eletrônico.
O receptor deve estar travado no sinal com pelo menos três satélites para produzir uma posição bidimensional e também rastrear o movimento do usuário. Ao usar quatro ou mais satélites, o receptor pode determinar a posição tridimensional do usuário, que consiste em altitude, latitude e longitude. Após determinar a posição do usuário, a unidade GPS calcula outras informações, como velocidade, rumo, rota, distância, destino, hora do nascer e do pôr do sol.
Quão preciso é o GPS?
Os receptores do GPS são muito precisos devido ao design multicanal paralelo. Os canais paralelos são muito rápidos e precisos, embora certos fatores como ruído atmosférico e distúrbios possam perturbar e afetar a precisão dos receptores GPS às vezes.
Os usuários também podem obter maior precisão com o GPS diferencial (DGPS), que corrige os sinais de GPS para serem circundados por um regular de três a cinco metros. A Guarda Costeira dos EUA opera o serviço de correção DGPS mais comum. O sistema contém um arranjo de torres que obtêm sinais de GPS e transmitem um sinal exato por transmissores de farol. Com o objetivo de obter o sinal exato, os usuários devem possuir um receptor diferencial e uma antena de sinalização, além de um GPS.
Fontes de erros de sinal GPS
Fatores que podem corromper a precisão dos sinais de GPS e, assim, influenciar a exatidão incorporam o seguinte:
- Atrasos na ionosfera e na troposfera - O sinal do satélite diminui à medida que atravessa as camadas da atmosfera. O sistema GPS usa um modelo embutido que é usado para calcular a duração regular do obstáculo necessária para corrigir esse tipo de imprecisão.
- Sinais multipercurso - Este erro ocorre quando o sinal é refletido de objetos como edifícios mais altos e rochas maiores antes de chegar ao receptor. Isso aumenta o tempo de duração geral da viagem do sinal e causa erros e imprecisões.
- Erros orbitais - Esses erros também são conhecidos como erros de efemérides, usados para calcular as imprecisões da localização do satélite.
- Número de satélites visíveis - a precisão depende do número exato de satélites que um receptor GPS pode ver. Fatores como edifícios, terreno, interferência eletrônica bloqueiam a precisão e recepção do sinal, o que causa erro de posição e, às vezes, nenhuma leitura dos sinais. Normalmente não funciona em ambientes fechados, subaquáticos e subterrâneos.
Formulários
Não apenas para uso militar, uma máquina GPS é amplamente conhecida por seu uso em serviços civis e comerciais. Algumas aplicações civis são:
1. Astronomia: Usado em cálculos de astrometria e mecânica celeste.
2. Veículos automatizados: também é usado em veículos automatizados (veículos sem motorista) para aplicar localizações para carros e caminhões.
3. Telefonia celular: os telefones celulares modernos vêm equipados com software de rastreamento GPS. Está presente porque é possível saber a posição de alguém e também rastrear utilitários próximos, como caixas eletrônicos, cafeterias, sistemas de retenção, etc. O primeiro GPS habilitado para celular foi lançado na década de 1990. Na telefonia celular, também é usado na detecção de chamadas de emergência e em muitas outras aplicações.
4. Socorro em desastres e outros serviços de emergência: Em caso de desastre natural, um GPS é a melhor ferramenta para identificar a localização. Antes mesmo de desastres como ciclones, o GPS ajuda no cálculo do tempo estimado.
5. Rastreamento de frota: GPS é uma ferramenta de desenvolvimento conhecida por seu potencial para rastrear navios militares durante o tempo de guerra.
6. Localização do carro: um carro com GPS torna mais fácil rastrear sua localização.
7. Geo esgrima: Em geo esgrima, usamos GPS para rastrear um ser humano, um animal ou um carro. O dispositivo é preso ao veículo, pessoa ou na coleira do animal. Ele fornece acompanhamento e atualização contínua.
8. Geo tagging: uma das principais aplicações é geotagging, o que significa aplicar coordenadas locais a objetos digitais.
9. GPS para mineração: Usa precisão de posicionamento centimétrica.
10. Passeios GPS: ajuda a determinar a localização de pontos de interesse próximos.
11. Topografia: Os topógrafos usam o Sistema de Posicionamento Global para traçar mapas.