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[ GPS ]

GPS (Global Positioning System)
(Sistema de Posicionamento Global)

O GPS é um sistema de posicionamento geográfico que nos dá as coordenadas de um lugar na Terra, desde que tenhamos um receptor de sinais de GPS. Este sistema foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa Americano para ser utilizado com fins civis e militares.

A nossa posição sobre a Terra é referenciada em relação ao equador e ao meridiano de Greenwich e traduz-se por três números: a latitude, a longitude e a altitude. Assim para saber a nossa posição sobre a Terra basta saber a latitude, a longitude e a altitude. Por exemplo, os aeroportos têm as três coordenadas bem determinadas, que aliás estão escritas em grandes cartazes perto das pistas, e os sistemas automáticos de navegação aérea utilizam esta informação para calcular as trajectórias entre aeroportos.

Hoje em dia é possível haver um sistema de posicionamento global devido à utilização dos satélites artificiais. São ao todo 24 satélites que dão uma volta à Terra em cada 12 horas e que enviam continuamente sinais de rádio. Em cada ponto da Terra estão sempre visíveis quatro satélites e com os diferentes sinais desses quatro satélites o receptor GPS calcula a latitude, longitude e altitude do lugar onde se encontra.




Latitude

A latitude é a distância ao Equador medida ao longo do meridiano de Greenwich. Esta distância mede-se em graus, podendo variar entre 0º e 90º para Norte ou para Sul. Por exemplo, Lisboa está à latitude de 38º 4´N, o Rio de Janeiro à latitude de 22º 55´S e Macau à latitude de 22º 27´N.




Longitude

A longitude é a distância ao meridiano de Greenwich medida ao longo do Equador. Esta distância mede-se em graus, podendo variar entre 0º e 180º para Este ou para Oeste.
Por exemplo, Lisboa está à longitude de 9º 8´W, o Rio de Janeiro à longitude de 34º 53´W e Macau à longitude de 113º 56´E.





Altitude

A Terra é aproximadamente esférica, com um ligeiro achatamento nos pólos. Para se definir a altitude de um ponto sobre a Terra define-se uma esfera --- geoide --- com um raio de 6378 km. A altitude num ponto da Terra é a distância na vertical à superfície deste geoide. Por exemplo, a altitude média do Aeroporto de Lisboa é de 114 m, mas a altitude média da Holanda é negativa.

Existem algumas páginas na Internet com a informação relativa à latitude e longitude de cidades:


http://www.realestate3d.com/gps/world-latlong.htm


O Sistema GPS

A infra-estrutura tecnológica associada ao sistema GPS é constituída por três sub-sistemas:

1- sub-sistema de satélites --- segmento aéreo.
2- sub-sistema de controlo --- segmento terrestre.
3- sub-sistema do utilizador.


1- O sub-sistema de satélites é constituído pelos 24 satélites que dão duas voltas à Terra por dia, a uma altitude de 500 km. As órbitas dos satélites foram escolhidas de modo que de qualquer ponto da Terra se possam ver entre 5 e 8 satélites. No entanto, para calcular com precisão a nossa posição basta apenas receber em boas condições o sinal de apenas quatro destes satélites.

2- O sub-sistema de controlo é constituído por várias estações terrestres. Nestas estações terrestres são observadas as trajectórias dos vários satélites GPS e é actualizado com grande precisão o tempo. Esta informação é transmitida aos satélites. Com estes dados, o sistema informático em cada um dos satélites recalcula e corrige a sua posição absoluta e corrige a informação que é enviada para a Terra. A estação primária de controlo da constelação GPS está localizada nos Estados Unidos, no estado do Colorado.

3- O sub-sistema do utilizador é constituído por um receptor de rádio com uma unidade de processamento capaz de descodificar em tempo real a informação enviada por cada satélite e calcular a posição. Cada satélite envia sinais de características diferentes em intervalos de 30 em 30 segundos e de 6 em 6 segundos. Para haver uma determinação precisa da posição são necessários pelo menos de 12 minutos e 30 segundos de boa recepção dos vários tipos de sinais enviados. Na informação enviada pelos satélites estão envolvidas técnicas matemáticas que permitem recuperar a informação perdida na transmissão devido a más condições atmosféricas e ionosféricas. Mesmo assim, nos períodos de grande actividade solar a maior parte da informação enviada pelos satélites perde-se não sendo fiável a informação processada pelos receptores do sinal GPS.
De acordo com o tipo de utilizador (civil ou militar) os sinais dos vários satélites podem ser descodificados de acordo com o fim em vista. Existem essencialmente dois modos de descodificação do sinal GPS. O modo Preciso (militar) e o modo Standard (civil): A precisão destes dois modos de posicionamento é a seguinte:


Modo Preciso:

Precisão na latitude e longitude: 22 m
Precisão na altitude: 27.7 m
Precisão no tempo: 200 nanosegundos



Modo Standard:

Precisão na latitude e longitude: 100 m
Precisão na altitude: 156 m
Precisão no tempo: 340 nanosegundos


O GPS pode ainda funcionar em modo diferencial, sistema DGPS. Neste caso, o sinal de GPS é armazenado em computador e processado posteriormente com dados cruzados pedidos às estações de controlo fixas (segmento fixo). Com este processo, eliminam-se erros sistemáticos e a precisão do GPS pode chegar a ser da ordem de 1 metro. Isto é particularmente útil em trabalhos de cartografia em que as coordenadas espaciais são fixas no tempo.

Existe uma vasta literatura na Internet sobre os detalhes técnicos do sistema GPS. Os mais importantes são:

http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html
http://www.trimble.com/gps/
http://www.gpsworld.com/gpsworld/
http://realestate3d.com/gps/


Rui Dilão
Grupo de Dinâmica Não-Linear, IST

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