Como funciona o Sistema de Posicionamento Global (GPS)?

3 anos ago
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Como funciona o Sistema de Posicionamento Global (GPS)?
Longe vão os dias em que, se você perdeu seu caminho, a única maneira de salvação seria obter alguma ajuda de pessoas locais ou procurar padrões de estrelas para encontrar direções, se você tivesse esse conjunto de habilidades específicas. No entanto, o que se você está encalhado em um lugar onde você não pode ver qualquer sinal de vida por milhas e é o meio do dia?

Sim, deve ter sido uma situação bastante desesperada no passado. Avanço rápido para o presente, no entanto, e tudo que você tem a fazer para determinar o seu paradeiro é chicotear o seu smartphone ou algum outro dispositivo GPS-ativado e voila! Você está de volta ao jogo de exploração sem pensar duas vezes.
Dada a nossa dependência de tais tecnologias, você já se perguntou como um pequeno dispositivo sem fio é capaz de localizar sua localização com tal precisão chocante? Em outras palavras, como funciona o GPS?

O que é o GPS?

GPS Móvel
Crédito da foto: Kaikoro / fotolia
Comumente usado nos dias de hoje, o termo GPS é usado para se referir a um recurso que vem com uma série de dispositivos eletrônicos, incluindo telefones celulares, tablets, uma unidade de GPS portátil e muitos outros. O GPS, que é abreviação de Sistema de Posicionamento Global, é uma tecnologia que ajuda a identificar a localização de alguém e fornece informações sobre um determinado ponto na Terra. O GPS consiste em três segmentos: segmento espacial, segmento terrestre e receptores.

Elementos do Sistema de Posicionamento Global

Segmento Espacial.

Satélites GPS em órbita terrestre
– Uma animação mostrando 24 constelações GPS de satélite em movimento com a Terra girando. Observe como o número de satélites em vista a partir de um determinado ponto na Terra muda ao longo do tempo (Crédito da imagem: Paulsava / Wikipedia.org)
O segmento espacial do GPS consiste em uma rede de mais de 30 satélites que orbitam a Terra a uma altura de 20.000 km. Estes satélites contêm relógios atômicos ultra-precisos (precisão de um bilionésimo de segundo!) Que, além de serem sincronizados uns com os outros, também são sincronizados com relógios de terra. Cada um desses satélites emite continuamente sinais de microondas que são capturados por milhões de receptores que operam em todo o globo.

Segmento terrestre.

Também chamado de segmento de controle, o segmento de terra é responsável pelo bom funcionamento dos satélites e todo o sistema GPS. Ele consiste em uma série de instalações terrestres, incluindo uma Estação de Controle Mestre (MCS), uma Estação de Controle Mestre Alternativa (um backup do MCS), 11 antenas de comando e controle e 15 locais de monitoramento.
Segmento de controle de gps
O segmento de controle do GPS (Fonte da Imagem: www.gps.gov)
Os vários componentes do segmento de controle trabalham coletivamente para rastrear satélites, monitoram consistentemente suas transmissões, executam análises e enviam dados e comandos para esses satélites. Em suma, eles usam toneladas de máquinas para garantir que a informação transmitida a partir dos satélites permanece precisa e eficiente ao mais alto grau possível.

Receptores.

Estes são dispositivos eletrônicos que consistem em um relógio altamente estável, processadores de receptor e uma antena que está sintonizada para as frequências dos sinais que estão sendo transmitidos por satélites.
Telefone no avião
Smartphones são exemplos muito bons de receptores (Créditos da foto: ponsulak / Shutterstock)
Como você pode imaginar, além de centenas de milhares de receptores GPS militares, milhões e milhões de receptores GPS atualmente operam em todo o mundo para fins civis, comerciais e científicos. Na verdade, se você tiver um smartphone, é altamente provável que você também tote em torno de um receptor de GPS minúsculo onde quer que vá.
Agora que você sabe sobre os três principais componentes da tecnologia GPS, vamos entender como ele realmente funciona.

Como funciona o GPS?

Qualquer receptor GPS (digamos, seu smartphone) está constantemente ‘visível’ para pelo menos quatro satélites em qualquer instante. Cada um desses satélites transmite um sinal que contém informações sobre onde estava o satélite e que hora era quando o sinal foi transmitido. Este sinal é então recebido pelo smartphone, que usa as informações contidas no sinal para calcular a distância de cada um dos quatro satélites usando uma fórmula básica.
Equação de tempo de distância de velocidade
Assim, a distância entre um satélite e seu Smartphone é calculada. O mesmo processo é repetido para calcular a distância de seu Smartphone de três outros satélites.
Uma vez que o receptor GPS (ou seja, o seu Smartphone) calcula o quanto está a partir destes satélites, pode identificar a sua localização exata na Terra através de um processo chamado trilateração e exibi-lo na tela na forma de coordenadas envolvendo latitude e longitude.
É assim que funciona a Trilateração
Trilateração em ação
Embora as distâncias de pelo menos quatro satélites sejam calculadas, o receptor só usa as distâncias de três satélites para localizar com precisão a localização; O quarto é utilizado para confirmar os resultados obtidos a partir dos três primeiros.
Existem, obviamente, inúmeras aplicações de GPS que não podemos viver sem, mas como um viajante ávido, o mais importante é o fato de que, se não for GPS, provavelmente seria ainda ficar perdido cada vez que aventurou-se para o deserto!

Referências:

  1. Wikipedia
  2. NASA
  3. GPS.gov
  4. Diana Cooksey / Universidade Estadual de Montana-Bozeman
  5. Física e astronomia – Georgia State University
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