Breve Explicação sobre o funcionamento do GPS

#1
Mais uma explicaçãozita sobre como funciona o GPS :

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.


Queria agradecer á minha irmã que fez este trabalho para a escola e eu aproveitei e postei aqui :)
 
#2
Gostei do tópico e a explicação está óptima. Só falta começar a complicar :twisted:

O receptor de GPS tem um processador potente, que calcula o tempo que o sinal demora a chegar do satélite ao receptor. Com sinal de 3 satelites o receptor consegue calcular uma posição a 2Dimensões (latitude + longitude), com 4 satélites consegue calcular uma posição a 3 dimensões (+ altitude).

Se os satélites fossem geoestacionarios, ou seja a sua posição em relação à terra fosse fixa, seria facil imaginar como tudo funciona. Acontece que os satélites não estão parados, estão sempre a circular à volta da terra. Eu não faço ideia como é que o receptor determina onde se encontram os satélites para puder determinar a posição do receptor.

Quem souber e puder complete e confirme ou corrija a explicação sobre o modo como o receptor de GPS determina a posição geográfica.

Espero que a resposta seja mais simples que a pergunta... que não passa de uma curiosidade cientifica, uma vez que tenho constatado que o rigor do GPS é admiravel.

Boas pedaladas
A Falcão
 
#3
Então toma lá a parte complicada :D

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.
 
#4
Percebi,
os satélites "sabem onde estão" porque se referenciam com as estações terrestres. Quando enviam o sinal, que os receptores comuns utilizam, este contem informação relativa à sua posição e às horas a que enviaram a informação. Com estes elementos, localização de quatro satelites e tempos que demora a informação a chegar do satélite ao receptor, o receptor determina a sua posição geográfica.

Espero que seja isto e obrigado por me ajudares a perceber este funcionamento.

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Quando referes a precisão falas em dezenas/centenas de metros mas depois referes que com o DGPS pode ser de 1 metro. O meu GPS, um GPSMAP 60CS, mostra um erro de 4 metros, normalmente, mas já vi 1 metro. Como estava perto de Sines pensei que fosse alguma estação terrestre, usada pelo DGPS que permitisse um erro tão pequeno, parece-te uma explicação razoavel ou é calinada?

Boas pedaladas
A Falcão
 
#5
Acho que a posição dos satélites a cada instante é determinado por um sinal enviado pelo próprio satélite... não só da sua posição como tb. dos outros satélites...
As bases terrestres que monitorizam a órbita dos satélites, é que sempre que detectam algum desvio na rota do satélite, enviam os dados para que se proceda imediatamente a correcção.
 
#6
Até algures em 2002 havia um erro intencional criado no sinal Standard que é o que os nossos vulgares GPS utilizam e provocavam um erro na exactidão da nossa localização... penso que esse erro já não existe... embora o que se lê não nos dê uma ideia de verdade ou mentira sobre esta afirmação. No entanto e devido as interferências na recepção do sinal dos satélites... velocidade de transmissão do sinal não é constante (devido a entrada dos sinais na ianosfera e na troposfera), acabas por ter mais ou menos exactidão na tua posição... já devem ter reparado que por vezes estamos parados e a variação de erro anda aos "pulos" no GPs.