GPS é o acrônimo para Global Positioning System ou Sistema de Posicionamento Global.
A ideia de se criar um sistema de orientação eficiente vem da segunda guerra mundial quando os antigos sistemas Loran (nos Estados Unidos) e Decca (na Europa) foram criados.
Tais sistemas consistiam basicamente numa rede de estações transmissoras de rádio em locais bem determinados, enviando sinais para os receptores das aeronaves e navios que procuravam se orientar.
Os sinais eram codificados de tal forma, que pela sua recepção era possível, por triangulação, determinar com boa precisão o ponto em que o receptor se encontrava, conforme sugere a figura 1.
No entanto, para que tal sistema pudesse ser usado, o receptor deveria estar dentro do alcance dos transmissores, o que significava que não havia uma cobertura mundial.
A ideia de um sistema que pudesse ter cobertura mundial surgiu em 1973 a partir de um programa da força aérea americana denominado Navstar GPS ou Navstar Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global Navstar), e que teve seu primeiro teste efetivo feito em 1977 com o lançamento de um satélite especial.
Os testes realizados com o satélite tiveram tanto sucesso que o programa foi então implantado definitivamente com o lançamento de uma rede de satélites em torno da terra, com a capacidade de fazer a cobertura mundial para o sistema.
Tais satélites formariam uma rede de tal forma que organizada, que em cada local do mundo sempre haveria pelo menos um na "linha de visão" do receptor.
Evidentemente, como o sistema funciona com sinais de rádio existem diversos problemas que devem ser considerados.
Um deles é a distorção dos sinais causada pela ionosfera que pode afetar a precisão de tal modo a limitá-la a algo em torno de 20 a 30 metros.
Outro problema é que os sinais de alta frequência têm dificuldade de penetrar em certos locais, como no caso dos telefones celulares.
Mas, mesmo assim a precisão obtida na prática é incrível.
O que temos então é uma rede de satélites girando em torno da terra e emitindo sinais de tal forma codificados que sua recepção por um circuito especial e processamento por equipamento conveniente permite determinar com precisão de metros sua posição sobre o globo terrestre.
É claro que a possibilidade de se ter acesso a tal sistema de orientação preocupou os seus criadores. Imaginem o que terroristas poderiam fazer se tivesse o domínio completo dessa tecnologia!
Por esse motivo, os militares americanos que o desenvolveram cuidaram para que sua utilização pelos inimigos não fosse feita de forma total com uma precisão que fosse ameaçadora, mas também não impediram seu uso civil com uma precisão "menos perigosa".
Assim, foram criadas duas versões do GPS (Global Positioning System): Militar e Civil.
Na versão militar existe um código especial de processamento dos sinais que permitem obter uma precisão da ordem de 20 metros na determinação da posição e esse código é mantido secreto.
O código P, como é conhecido, na verdade permite até um aumento da precisão pela utilização de sistemas diferenciais chegando a alguns milímetros!
Na versão civil, a precisão ‚ menor, por motivos óbvios, ficando em torno de 100 metros.
O importante é que o acesso a versão civil pode ser feito por qualquer um, o que leva a criação de sistemas de orientação fantásticos e que já estão influindo no nosso dia a dia.
Com o desenvolvimento de chips que contém todos os elementos para a elaboração do receptor, aparelhos portáteis de localização já se tornaram comuns a baixo custo.
Assim, no iate, no ultra-leve, na moto, no carro ou mesmo levando na mochila, o viajante em qualquer instante pode saber sua posição exata sobre o globo terrestre simplesmente consultando um aparelho semelhante a uma calculadora, conforme mostra a figura 4.
Os celulares modernos e mesmo carros já possuem o recurso do GPS incorporado.
Mapas baseados nas indicações de tais aparelhos já estão sendo elaborados de modo a facilitar viajantes de todos os tipos na sua localização a qualquer momento.
Muitos desses mapas já estão embutidos na própria memória eletrônica do aparelho, o que lhe permite saber até em que bairro de uma cidade você se encontra ou mesmo em que rua.
USOS PARA O GPS
Além de um simples instrumento de localização para viajantes, o GPS promete muito mais.
No carro já temos uma possibilidade muito interessante que já é explorada por determinadas marcas que estão incluindo o recurso em modelos de maior custo.
Com mapas de alta precisão e acoplado a um receptor que recebe os sinais do sistema GPS, o aparelho fornece ao motorista em qualquer instante sua posição em qualquer parte do mundo em que ele se encontre, colocando num visor de alta definição semelhante ao de um computador um mapa com esta localização!
Sistemas de segurança já utilizam o GPS para determinar a posição de um veiculo roubado e enviá-la via rádio a uma central de controle.
COMO FUNCIONA O GPS
Em torno da terra existe um anel de satélites que orbitam a uma altura de
20 200 quilômetros, dando duas voltas em torno da terra a cada dia sideral.
O dia sideral é mais curto que o dia comum, pois leva em conta a translação da terra em torno do sol e não somente a sua rotação.
Esse dia sideral tem 23 horas e 56 minutos de duração. Devido a esta órbita, a cada volta o satélite passa pela mesma posição sobre a terra 4 minutos mais cedo.
O anel de 18 satélites tem 6 planos orbitais com três satélites cada um, posicionados com uma inclinação de 55 graus, conforme mostra a figura 5.
Cada um dos satélites transmite sinais continuamente na mesma frequência de 1575 MHz. O processo de modulação é o Spread Spectrum Modulation ou Modulação de Espectro Espalhado, utilizado em muitos outros sistemas modernos como os de comunicações :”wireless”.
Nele, a portadora tem constantemente sua fase invertida por um código pseudo-aleatório na frequência de 1,023 MHz.
A recuperação do sinal original é feita pela multiplicação por uma cópia do código usado que é mantida na memória do receptor.
Conforme foi visto, existem duas versões para este código: a conhecida por todos que é para uso civil e a secreta, de alta precisão, para uso militar.
Cada um dos satélites leva ainda um código próprio de identificação de sua posição e de temporização.
A temporização, para se obter a precisão necessária, é feita por meio de relógios atômicos.
Para saber sua posição o receptor e seu circuito de processamento utilizam o seguinte processo: Em primeiro lugar o receptor mede o deslocamento da frequência resultante do Efeito Doppler, devido ao movimento do satélite em relação à terra.
Depois, o circuito mede o intervalo de propagação do sinal entre diversos satélites.
Na memória do microprocessador existem informações sobre as órbitas dos satélites em cada instante e portanto sobre suas posições em relação à terra.
Combinando os resultados das medidas dos sinais com os dados da memória do microprocessador o circuito fornece as coordenadas exatas do local em que ele se encontra.
Ver também:
• Loran (911)
• Decca (912)
• Espectro espalhado (800)
• Dia sideral (916)
