GPS

G.P.S. - O "SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL"

UM POUCO DE HISTORIA

No dia 23 de agosto de 1499, o navegador italiano Américo Vespúcio acreditava estar navegando pelas costas das Índias, baseado nos relatos de seu colega e patrício Cristóvão Colombo. Levava a bordo de sua caravela um Almanaque - livro que lista as posições e os eventos relacionados aos corpos celestes - que previa o alinhamento da Lua com Marte para a meia-noite daquele dia. Vespúcio esperou até quase o amanhecer para observá-lo. Sabendo que a referência dos dados contidos no Almanaque era a cidade de Ferrara, na Itália, avaliou a diferença de tempo entre as duas observações e, com o valor do diâmetro da Terra já conhecido, pôde calcular a que distância se encontrava de Ferrara - sua longitude. Concluiu que não poderia estar nas costas das Índias e afirmou categoricamente que Colombo havia descoberto um novo continente. Foi a primeira pessoa a saber a verdade sobre o Novo Mundo. O nome AMÉRICA homenageou-o e perpetuou esse romântico acontecimento.

A RÁDIO-NAVEGAÇÃO

O uso de sinais de rádio para determinar a posição foi um avanço significante na navegação. O equipamento para rádio-navegação apareceu em 1912. Não era muito preciso, mas funcionou até que a II Grande Guerra permitisse o desenvolvimento do RADAR - Radio Detection And Ranging - e a capacidade de medir lapsos de tempo entre emissão/recepção de ondas de rádio. Para determinar a posição, mede-se o lapso de tempo dos sinais provenientes de locais conhecidos. Os sinais de rádio são emitidos de transmissores exatamente ao mesmo tempo e têm a mesma velocidade de propagação. Um receptor localizado entre os transmissores detecta qual sinal chega primeiro e o tempo até a chegada do segundo sinal. Se o operador conhece as exatas localizações dos transmissores, a velocidade das ondas de rádio e o lapso de tempo entre os dois sinais, ele pode calcular sua localização em uma dimensão. Ele sabe onde está numa linha reta entre os dois transmissores. Se usarmos três transmissores, podemos obter uma posição bi-dimensional, em latitude e longitude. O GPS funciona baseado nos mesmos princípios. Os transmissores de rádio são substituídos por satélites que orbitam a Terra a 20.200 km e permitem conhecer a posição em três dimensões: latitude, longitude e altitude.

O SISTEMA G.P.S.:

A tecnologia atual permite que qualquer pessoa possa se localizar no planeta com uma precisão nunca imaginada por navegantes e aventureiros há até bem pouco tempo. O sofisticado sistema que tornou realidade esse sonho é chamado "G.P.S." - Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global) - e foi concebido pelo Departamento de Defesa dos EUA no início da década de l960, sob o nome de 'projeto NAVSTAR'. O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em l995. Seu desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Consiste de 24 satélites que orbitam a terra a 20.200 km duas vezes por dia e emitem simultaneamente sinais de rádio codificados. Testes realizados em 1972 mostraram que a pior precisão do sistema era de 15 metros. A melhor, 1 metro. Preocupados com o uso inadequado , os militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis). Os receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de 15 a 100 metros. Cada satélite emite um sinal que contem: códigos de precisão (P); código geral (CA) e informação de status. Como outros sistemas de rádio-navegação, todos os satélites enviam seus sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor avaliar o lapso Lat/Long/Altitude. Pelo processamento contínuo de sua posição, um receptor entre emissão/recepção. A potência de transmissão é de apenas 50 Watts. A hora-padrão GPS é passada para o receptor do usuário. Receptores GPS em qualquer parte do mundo mostrarão a mesma hora, minuto, segundo,... até mili-segundo. A hora-padrão é altamente precisa, porque cada satélite tem um relógio atômico, com precisão de nano-segundo - mais preciso que a própria rotação da Terra. O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus almanaques acurados. Cada satélite tem códigos P e CA únicos, e o receptor pode distinguí-los. Os códigos P são mais complexos que os CA, e somente usuários militares podem reconhecê-los, pois seus receptores têm o valor para comparação na memória. Receptores civis medem os lapsos de tempo entre a recepção dos sinais codificados em CA. O conceito da rádio-navegação depende inteiramente da transmissão simultânea de rádio-sinais. O controle de terra interfere fazendo com que alguns satélites enviem seus sinais CA ligeiramente antes ou depois dos outros. A interferência deliberada introduzida pelo Departamento de Defesa dos EUA é a fonte da Disponibilidade Seletiva - Selective Availability (AS). Os civis desconhecem o valor do erro, que é alterado aleatoriamente e está entre 15 e 100 metros. Os receptores militares não são afetados. Existe outra fonte de erro que afeta os receptores civis: a interferência ionosférica. Quando um sinal de rádio percorre os elétrons livres na ionosfera, sofre um certo atraso. Sinais de freqüências diferentes sofrem atrasos diferentes. Para detectar esse atraso, os satélites do sistema enviam o código P em duas ondas de rádio de diferentes freqüências, chamadas L1 e L2. Receptores caros rastreiam ambas as freqüências e medem a diferença entre a recepção dos sinais L1 e L2, calculam o atraso devido aos elétrons livres e fazem correções para o efeito da ionosfera. Receptores civis não podem corrigir a interferência ionosférica porque os códigos CA são gerados apenas na freqüência L1 ( l575,42 MHz ). Existem receptores específicos, conhecidos com não-codificados, que são super acurados. Como desconhecem os valores do código P, obtém sua precisão usando técnicas especiais de processamento. Eles recebem e processam o código P por um número de dias e podem obter uma posição fixa com precisão de 10 mm. É ótimo para levantamento topográfico. Os sinais gerados pelos satélites contém um "código de identidade", dados efêmeros (de status) e dados do almanaque. O código de identidade (Pseudo-Random Code - PRN ) identifica qual satélite está transmitindo. Nos referimos aos satélites pelos seus PRN, de 1 a 32, e este é o número mostrado no receptor para indicar qual(is) satélite(s) estamos recebendo. Os dados efêmeros (de status) são constantemente transmitidos e contém informações de status do satélite (operacional ou não), hora, dia, mês e ano. Os dados de almanaque dizem ao receptor onde procurar cada satélite a qualquer momento do dia. Com um mínimo de três satélites, o receptor pode determinar uma posição Lat/Long - que é chamada posição fixa 2D. (Deve-se entrar com o valor aproximado da altitude para melhorar a precisão). Com quatro ou mais satélites, um receptor pode determinar uma posição 3D, que inculpe pode também determinar velocidade e direção do deslocamento.



FATORES QUE AFETAM A PRECISÃO DO SISTEMA

A primeira e maior fonte de erro é a Disponibilidade Seletiva (Selective Availability - S.A.). É uma degradação intencional imposta pelo Departamento de Defesa dos EUA. O erro máximo imposto é de 100 m, mas em geral introduz-se um erro de 30 m. O Sistema foi originalmente projetado para uso militar, mas em l980, por decisão do então presidente Ronald Reagan, liberou-se o Sistema para o uso geral, reservando aos militares a melhor precisão. Desde então, satélites sujeitos à degradação SA têm sido regularmente lançados. Hoje, todos os satélites permitem degradação AS. A razão principal é evitar que organizações terroristas ou forças inimigas se utilizem da precisão do sistema. Outro fator que afeta a precisão é a 'Geometria dos Satélites'- localização dos satélites em relação uns aos outros sob a perspectiva do receptor GPS. Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. Na verdade, o receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provém da mesma direção geral. Isto significa que a triangulação é pobre e a área comum da interseção das medidas é muito grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande espaço). Dessa forma, mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa. Com os mesmos 4 satélites, se espalhados em todas as direções, a precisão melhora drasticamente. Suponhamos os 4 satélites separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste. A geometria é ótima, pois as medidas provém de várias direções. A área comum de interseção é muito menor e a precisão muito maior. A geometria dos satélites torna-se importante quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios ou em áreas montanhosas ou vales. Quando os sinais de algum satélite é bloqueado, a posição relativa dos demais determinará a precisão, ou mesmo se a posição pode ser obtida. Um receptor de qualidade indica não apenas os satélites disponíveis, mas também onde estão no céu (azimute e elevação), permitindo ao operador saber se o sinal de um determinado satélite está sendo obstruído. Outra fonte de erro é a interferência resultante da reflexão do sinal em algum objeto, a mesma que causa a imagem 'fantasma' na televisão. Como o sinal leva mais tempo para alcançar o receptor, este 'entende' que o satélite está mais longe que na realidade. O erro causado é de aproximadamente 2 m. Outras fontes de erro: atraso na propagação dos sinais devido aos efeitos atmosféricos e alterações do relógio interno. Em ambos os casos, o receptor GPS é projetado para compensar os efeitos. / ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS

RASTREAMENTO DOS SATÉLITES

Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal. Sinais de apenas quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa tridimensional, mas é desejável um receptor que rastreie mais de quatro satélites simultaneamente. Com o usuário se desloca, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado repentinamente por algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo. A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo. Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para verificar se o cálculo está correto.

CANAIS

Os receptores não funcionam acima de determinada velocidade de deslocamento. O número de canais determina qual a velocidade máxima de uso. Mais canais não significa necessariamente maior velocidade. O número de canais não é fator importante na escolha do receptor, e sim, sua velocidade de operação. Depois que os sinais são captados pela antena, são direcionados para um circuito eletrônico chamado canal, que reconhece os sinais de diferentes satélites. Um receptor com um canal lê o sinal de cada satélite sucessivamente, até receber os sinais de todos os satélites rastreados. A técnica é chamada "time multiplexing". Leva menos de um segundo para processar os dados e calcular a posição. Um receptor com mais de um canal é mais rápido, pois os dados são processados simultaneamente.

ANTENAS

A antena recebe os sinais dos satélites. Como os sinais são de baixa intensidade, as dimensões da antena podem ser muito reduzidas. Receptores portáteis utilizam um dos dois tipos: - Quadrifilar helix - formato retangular; localização externa; giratória; detecta melhor satélites localizados mais baixos no horizonte. - Patch (microstrip) - Menor que a helix; localização interna; pode detectar satélites na vertical e 10* acima do horizonte. ANTENAS EXTERNAS Podem ser conectadas através de uma extensão à maioria dos receptores. Alguns receptores possuem antena destacável, permitindo melhor uso a bordo de veículos. Se você for comprar uma antena externa, escolha uma 'ativa' que amplifica os sinais antes de enviá-los para o receptor. Ao construir uma extensão, opte por encurtar o cabo o máximo possível para diminuir a perda do sinal.

ENTRADA DE DADOS

Receptores GPS são projetados para serem compactos, não possuindo teclado alfa-numérico. Todos os dados são digitados uma letra ou número ou símbolo por vez. Se o receptor não permitir rápida mudança de caracteres, NÃO COMPRE. Se você quer usar o receptor associado a outro equipamento, opte por um com essa capacidade. Embora a maioria dos receptores possa enviar dados para equipamentos periféricos, nem todos podem receber dados.

APLICAÇÕES DE SAÍDA DE DADOS

Alguns equipamentos úteis apenas recebem informação de um receptor GPS. Os dados são continuamente enviados para o equipamento acoplado ao receptor, que os utiliza para outras finalidades: - Mapa dinâmico: um mapa no computador que traça seus deslocamentos. - Visão gráfica de sua posição em relação a outros pontos. - Piloto automático: o receptor informa sua posição ao piloto automático. - Mapeamento: transferência dos dados obtidos durante sua viagem. - Pós-processamento: uso dos dados para cálculos posteriores, reduzindo o efeito da disponibilidade seletiva. Um piloto automático é um bom exemplo de trabalho associado. O receptor é conectado ao piloto automático e o alimenta continuamente com a presente posição. O piloto automático usa os dados para ajustar a direção e permanecer no curso. O piloto automático nunca manda dados de volta para o receptor. O receptor GPS deve usar uma linguagem que o equipamento a ele associado possa entender. Existe uma linguagem padrão para equipamentos de navegação chamada: Protocolo NMEA - National Maritime Eletronics Association. Existem diferentes formatos de protocolos, então verifique se o receptor e o equipamento usam o mesmo formato. Os mais comuns são: 180; 182; 183 versão 1,5; 183 versão 2,0. A maioria dos receptores tem saída NMEA de dados.

APLICAÇÕES ENTRADA/SAÍDA DE DADOS

O receptor pode também receber dados do computador. Os usos comuns são: - Transferência de pontos plotados no computador para o receptor GPS; - Transferência de pontos plotados no receptor GPS para o computador, liberando sua capacidade de armazenagem de dados; - Transferência das coordenadas de um ponto selecionadas em um mapa na tela do computador para o receptor GPS. Como plotar pontos no receptor pode ser cansativo devido à ausência de teclado alfa-numérico, um editor permite a entrada de dados rápida e facilmente. Digita-se os dados usando-se o teclado do computador transferindo-os depois para o receptor. Outra maneira de plotar os pontos no computador é usar um mapa da área na tela e selecionar os pontos a serem plotados com um mouse. O computador transfere automaticamente as coordenadas dos pontos para o receptor. Nem todos os receptores são projetados para receber dados. Existem três linguagens utilizadas nos receptores com essa capacidade: NMEA; ACS II (formato de texto de um PC comum; e Proprietary (linguagens desenvolvidas pelos próprios fabricantes). Poucos receptores portáteis recebem dados NMEA. Alguns recebem dados ACS II e podem ser conectados diretamente ao computador RS 232. A maioria dos receptores apenas recebem dados no formato projetado pelo fabricante. Algumas companhias querem limitar programas feitos por terceiros para seus receptores e se recusam a revelar o formato usado. Se você quer usar seu receptor associado a outros equipamentos, verifique a compatibilidade das linguagens empregadas.

DGPS - DIFFERENTIAL GPS (GPS Diferencial)

O GPS Diferencial - DGPS - é um processo que permite ao usuário civil obter uma precisão de 2 cm a 5 m, pelo processamento contínuo de correções nos sinais. As correções são transmitidas em Freqüência Modulada ou via satélite e são disponíveis em alguns países através de serviços de subscrição taxados. Podem também ser transmitidas por um segundo receptor ou por faróis de navegação localizados num raio de 100 km do usuário. Em ambos os casos, é necessário ter uma antena receptora DGPS conectada ao receptor GPS convencional. SOBRE OS MAPAS: SISTEMAS DE COORDENADAS São padrões de quadrados e retângulos superpostos aos mapas que permitem identificação de todo e qualquer ponto. O sistema mais usado que cobre o mundo todo é o LATITUDE/LONGITUDE. Usa-se como referências a Linha do Equador - que divide a Terra em Hemisfério Norte (N) e Hemisfério Sul (S) - e a linha que passa pelos polos e pela cidade inglesa de Greenwich (Meridiano de Greenwich) - que divide a Terra em Hemisfério Oeste (W, de West) e Hemisfério Leste (E, de East). As linhas imaginárias paralelas à do Equador são chamadas de Paralelos de Latitude e suas perpendiculares, de Meridianos de Longitude. Convencionou-se que a linha do Equador é a linha 0º de Latitude e o meridiano de Greenwich, a linha 0º de Longitude. O meridiano oposto, a 180º, é chamado de "International Date Line" (Linha Internacional de Mudança de Data). O Polo Norte está na Latitude 90º Norte e o Sul, na 90º Sul. P último pedido de socorro do Titanic partiu das coordenadas localizadas no paralelo de latitude 41º e 45' acima do Equador (Hemisfério Norte) e no meridiano de longitude a 050º e 14' a oeste de Greenwich (Hemisfério Oeste). Assim, no sistema LAT/LONG, suas coordenadas eram: N 41º 45' W 050º14'.

COORDENADAS UTM

Universal Transversa de Mercator A genialidade da grade UTM está na facilidade e precisão que ela permite na leitura de mapas muito detalhados. Gerardus Mercator, cartógrafo belga do século XVI, não imaginava o alcance da projeção elaborada por ele. A grade UTM divide o mundo em 60 zonas de 6º de largura. A zona número 1 começa na longitude oeste 180º (W 180º=E180º). Continuam em intervalos de 6º até a zona de número 60. Cada zona é projetada num plano e perde sua característica esférica. Assim suas coordenadas são chamadas "falsas". A distorção produzida pela projeção limita o mapa à área compreendida entre as latitudes N 84º e S 80º. A grade UTM não inclui necessariamente letras na sua designação. A letra 'U', usada como referência pelo Sistema Militar Americano (U. S. Military Grid System), designa a região compreendida entre as latitudes N 48º e N 56º. Letras em ordem alfabética - de sul para norte - são usadas para designar seções de 8º, de forma a coincidir a seção 'U 'entre as referidas latitudes. Alguns receptores usam essa notação, outros apenas indicam se as coordenadas estão acima ou abaixo do Equador. Cada zona tem sua referência vertical e horizontal. A linha de longitude que divide uma zona de 6º em duas metades é chamada de 'zona meridiana'. Por exemplo, a zona 1 é limitada pelas linhas de longitude W 180º e W 174º, então sua zona meridiana é a linha de longitude W 177º. A zona meridiana é sempre definida como 500.000 m. As coordenadas horizontais maiores ou menores que 500.000 m se localizam a leste ou oeste da zona meridiana, respectivamente. O valor de uma coordenada horizontal avalia sua distância - em metros - da zona meridiana. A coordenada 501.560 está a 1.560 m a leste da zona meridiana; a 485.500 está a (500.000 - 485.500) = 14.500 m a oeste da zona meridiana. As coordenadas horizontais crescem para leste e decrescem para oeste. As coordenadas verticais são medidas em relação ao Equador, que é cotado como a coordenada 0.000.000 m de referência para o Hemisfério Norte ou como a coordenada 10.000.000 m de referência para o Hemisfério Sul. A coordenada vertical de uma localidade acima da Linha do Equador é sua distância - em metros - ao Equador. A coordenada vertical 5.897.000 significa que o ponto está a 5.897,0 m acima do Equador. Se o ponto estiver abaixo do Equador, a distância é calculada subtraindo-se o valor da coordenada do valor de referência para o Hemisfério Sul (10.000.000 - 5.897.000 = 4.103,0 m). Como a mesma coordenada vertical pode ser associada a duas localidades distintas, uma acima e outra abaixo do Equador, é necessário indicar em qual hemisfério se localiza para identificá-la.

DATUM DO MAPA

Os mapas são confeccionados de forma que todos os pontos estão a determinada distância de um ponto de referência padrão chamado DATUM. Antigamente cada país escolhia independentemente seu próprio DATUM. Resulta que as mesmas localidades tinham diferentes coordenadas em mapas de diferentes países.
O GPS tem seu próprio DATUM chamado WGS 84 - World Geodetic System 1984. Todos os receptores podem usá-lo como referência, mas se o mapa na mão do usuário não foi confeccionado com essa referência, as Minas Gerais, o DATUM utilizado é CÓRREGO ALEGRE e existe esta opção na memória do receptor.

GRADE MAIDENHEAD e GRADE TRIMBLE

A grade MAIDENHEAD é usada por operadores de rádio amador. Divide o mundo em grades de 20º de longitude por 10º de latitude, que são identificadas por duas letras, AA - RR. As grades são subdivididas em áreas de 2º x 1º e rotuladas com 2 números, 00 - 99. As áreas são novamente subdivididas em subáreas de 5' de longitude por 2,5' de latitude e rotuladas com letras, AA - XX. Uma coordenada Maidenhead é coisa do tipo EM 18 BX.. A grade TRIMBLE é uma extensão da grade Maidenhead, que torna-a mais acurada e utilizável em receptores GPS. Uma sub-área Maidenhead pode cobrir uma área de até 8,9 km x 4,8 km. Um receptor pode reconhecer áreas muito menores que esta, então a grade TRIMBLE subdividiu a sub-área ainda mais, adicionando um par de números (00 - 99) e letras (AA - YY) ao formato Maidenhead. A coordenada fica então AQ 57 DK 23 SU , por exemplo. Receptores TRIMBLE são úteis para quem precisa de coordenadas Maidenhead, pois podem converter qualquer grade em Maidenhead.

ESCALA DE UM MAPA

É a relação entre a medida feita no mapa e seu valor real. A escala 1:1.000.000 significa que 1 centímetro lido no mapa eqüivale a 1.000.000 de centímetros (10 km) na realidade. O uso associado de um bom mapa e um receptor GPS é uma poderosa ferramenta de orientação e navegação.

RECEPTORES GPS

Existem receptores de diversos fabricantes disponíveis no mercado, desde os portáteis - pouco maiores que um maço de cigarros - que custam pouco mais de 100 dólares, até os sofisticados computadores de bordo de aviões e navios, passando pelos que equipam muitos carros modernos. Além de receber e decodificar os sinais dos satélites, os receptores são verdadeiros computadores que permitem várias opções de: referências; sistemas de medidas; sistemas de coordenadas; armazenagem de dados; troca de dados com outro receptor ou com um computador; etc. Alguns modelos têm mapas muitos detalhados em suas memórias. Uma pequena tela de cristal líquido e algumas teclas permitem a interação receptor/usuário.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE UM RECEPTOR

Permitem armazenar pontos em sua memória, através de coordenadas lidas em um mapa; obtidas pela leitura direta de sua posição ou através de reportagens ou livros especializados que as publiquem. - Os pontos plotados na memória podem ser combinados formando rotas que, quando ativadas, permitem que o receptor analise os dados e informe, por exemplo: tempo, horário provável de chegada e distância até o próximo ponto; tempo, horário provável de chegada e distância até o destino; horário de nascer e do por do Sol; rumo que você deve manter para chegar ao próximo ponto de sua rota e muito mais. A função ROTA é importante porque permite que o receptor guie o usuário do primeiro ponto ao próximo e assim sucessivamente até o destino. Quando você atinge um ponto, o receptor busca o próximo - sem a interferência do operador - automaticamente. A função GO TO é similar, sendo o ponto selecionado o próprio destino. - Grava na memória seu deslocamento, permitindo retraçar seu caminho de volta ao ponto de partida. Pode-se avaliar sua utilidade em barcos, caminhadas e uso fora-de-estrada. - Os receptores instalados nos carros dos países onde existem mapas digitalizados - computadores de bordo - trazem em sua memória mapas detalhados de cidades e endereços úteis como restaurantes, shoppings, hotéis, etc. Um menu permite ao motorista ativar automaticamente uma rota até o ponto desejado, seja outra cidade, outro bairro ou um endereço específico. (No Brasil, provavelmente a General Motors sairá na frente na oferta desse opcional, no carro a ser produzido em sua unidade do Rio Grande do Sul. A filial da Mannesmann VDO AG., fabricante alemã desse equipamento, está sondando empresas especializadas para fazerem o mapeamento digitalizado das cidades brasileiras com mais de 100.000 habitantes.

APLICAÇÕES DO G.P.S.

Além de sua aplicação óbvia na aviação geral e comercial e na navegação marítima, qualquer pessoa que queira saber sua posição, encontrar seu caminho para determinado local (ou de volta ao ponto de partida), conhecer a velocidade e direção de seu deslocamento pode se beneficiar com o sistema. A comunidade científica o utiliza por seu relógio altamente preciso. Durante experimentos científicos de coleta de dados, pode-se registrar com precisão de micro-segundos (0,000001 segundo) quando a amostra foi obtida. Naturalmente a localização do ponto onde a amostra foi recolhida também pode ser importante. Agrimensores diminuem custos e obtêm levantamentos precisos mais rapidamente com o GPS. Unidades específicas têm custo aproximado de 3.000 dólares e precisão de 1 metro, mas existem receptores mais caros com precisão de 1 centímetro. A coleta de dados por estes receptores é bem mais lenta. Guardas florestais, trabalhos de prospecção e exploração de recursos naturais, geólogos, arqueólogos, bombeiros, são enormemente beneficiados pela tecnologia do sistema. O GPS tem se tornado cada vez mais popular entre ciclistas, balonistas, pescadores, ecoturistas ou por leigos que queiram apenas planejar e se orientar durante suas viagens. Com a popularização do GPS, um novo conceito surgiu na agricultura: a agricultura de precisão. Uma máquina agrícola dotada de receptor GPS armazena dados relativos à produtividade em um cartão magnético que, tratados por programa específico, produz um mapa de produtividade da lavoura. As informações permitem também otimizar a aplicação de corretivos e fertilizantes. Lavouras americanas e européias já utilizam o processo que tem enorme potencial em nosso país.

LIMITAÇÕES

O receptor não é um altímetro confiável, pois o erro de 15 a 100 metros introduzido propositadamente se aplica também à altitude. Os sinais dos satélites não penetram em vegetação densa, vales estreitos, cavernas ou na água. Montanhas altas ou edifícios próximos também afetam sua precisão. Para o uso automotivo, deve-se providenciar uma extensão para fixar a antena externamente ou posicioná-lo junto ao pára-brisas. Os conectores são do tipo LM-1 e LF-1, usados por rádio-amadores. É importante que o receptor utilize pilhas comercializadas no nosso mercado e que tenha como acessório um adaptador para ligá-lo no acendedor de cigarros do veículo. Para o uso em ambiente marinho, é fundamental que o receptor seja a prova d'água para evitar corrosão em seus componentes.

ESCOLHA DO RECEPTOR

O item mais importante é definir a aplicação básica que você terá para um receptor GPS. Identifique então os modelos disponíveis no mercado e liste-os sob a forma de uma tabela comparativa contendo preços, características principais e acessórios disponíveis. Acessórios ou características supérfluas à sua aplicação encarecem desnecessariamente o modelo a ser adquirido. Um receptor portátil para o uso geral de excelente relação custo/benefício é o modelo GPS III fabricado pela GARMIN (www.garmin.com). Vem de fábrica com um mapa bastante detalhado implantado na memória; funciona com 4 pilhas tamanho AA ou conectado ao acendedor de cigarros do veículo; sua memória tem capacidade de gravar até 500 pontos e 20 rotas diferentes e registra seu deslocamento automaticamente. Permite entrada/saída de dados para outros equipamentos e custa aproximadamente 300 dólares nos EUA. Existe um modelo específico para as Américas e o modelo PILOT, mais caro, para o uso em aviação.


GLOSSÁRIO

ALMANAQUE - Informações de localização (constelação) e status dos satélites transmitida por cada satélite e coletada pelo receptor.
AZIMUTE - O ângulo medido entre o horizonte e um satélite ou outro objeto.
DIREÇÃO - A direção do deslocamento, medida em graus, baseada na convenção que considera o operador/receptor no centro de um círculo imaginário, estando o Norte a 0º/360º e o Sul a 180º.
RUMO - A direção pretendida de movimento.
CURSO - É a direção do destino, medida em graus.
COORDENADAS - Descrição única de uma posição geográfica, usando caracteres numéricos ou alfa-numéricos.
NORTE VERDADEIRO - A direção do Polo Norte.
NORTE MAGNÉTICO - A direção apontada pela agulha da bússola magnética.
DECLINAÇÃO MAGNÉTICA - A diferença, em graus, entre o norte magnético e o verdadeiro.
POSIÇÃO - Uma localização geográfica na superfície da Terra.
NAVEGAÇÃO - Ato de determinar o curso e a direção do deslocamento.
ROTA - Um curso planejado de viagem definido por uma seqüência de pontos.
PERNA - Distância de um ponto de uma rota ao próximo ponto de referência.
POSIÇÃO FIXA - Coordenadas de posição computadas pelo receptor GPS
S.A. - Selective Availability ( Disponibilidade Seletiva) - O erro aleatório que o Departamento de Defesa dos EUA introduz deliberadamente nos sinais do Sistema para degradar sua precisão.
DILUIÇÃO DE PRECISÃO - DOP (Dilution Of Precision) - Também conhecido como GDOP (Geometric DOP), é o fator que determina a precisão obtida devido à geometria dos satélites. Quanto menor a DOP, melhor a precisão.


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
- GPS Made Easy - Letham, Lawrence - Canadá - l996
- The Story of Americo Vespucci - Alper, Ann F. - 1991
- Apostila sobre GPS - Thorton, Jonathan - S. Paulo - SP - 1997

Glossário de termos GPS

Ajuda Doppler uma estratégia de processamento de sinal que utiliza o deslocamento doppler para ajudar o receptor rastrear suavemente o sinal GPS. Permite medições mais precisas de velocidade e posicionamento.

Banda-L o grupo de rádio-frequências que se estende de 390MHz ate 1550MHz. As frequências de portadora do GPS (1227,6 MHz e 1575,42 MHz) estão na banda L.

Canal de multiplexação rápida um único canal que rapidamente amostra um número de satélites. "Rápida" significa que o tempo de chaveamento e suficientemente rápido (2 a 5 milisegundos) para recuperar a mensagem de dados.

Canal Multiplexador um canal de um receptor GPS que pode ser sequenciado através de um número de sinais de satélites.

Canal um canal do receptor GPS consiste do circuito necessário para sintonizar o sinal de um satélite GPS.

Código C/A (Curso/Aquisição) o código padrão do GPS - uma sequência 1023 pseudo-randômica, binária, com modulações de duas fases na portadora e com uma taxa de 1,023 MHz. Também conhecido como "código civil".

Código P o código Preciso ou Protegido. Uma sequência muito longa de modulações bi-fase binárias e pseudo- randômicas na portadora do GPS com uma taxa de 10,23 MHz que se repete em cerca de 267 dias. Cada segmento de uma semana desse código e única para um dado satélite GPS e e reajustada a cada semana.

Código pseudo-randômico um sinal com propriedades tipo ruído randômico. E um padrão muito complicado e repetido de 1's e 0's.

Constelação de satélites o arranjo no espaço de um conjunto de satélites.

Deslocamento Doppler a mudança aparente na frequência de um sinal causado pelo movimento relativo do transmissor e do receptor.

Desvio do ciclo uma descontinuidade na medida da fase de pulsação da portadora resultante de uma perda temporaria de perda de travamento no ciclo de rastreamento da portadora de um receptor GPS.

Diluição de precisão o fator multiplicativo que modifica o intervalo de erro. E causado somente pela geometria entre o usuario e o seu conjunto de satélites. Conhecido como DOP ou GDOP.

Diluição Geometrica de Precisão (GDOP) veja Diluição de Precisão.

Efemérides as predições das posições atuais do satélite que são transmitidas ao usuario na mensagem de dados.

Erro de caminhos multiplos erros causados pela interferencia do sinal que alcançou a antena do receptor com dois ou mais caminhos diferentes. Usualmente causado por um caminho que foi refletido.

Faixa de frequência um intervalo particular de frequências.

Fragmentos o tempo de transição para bits individuais numa sequência pseudo-randômica. Também conhecido como circuito integrado.

Frequência da portadora a frequência da saída fundamental não modulada de um transmissor de radio.

Interface com usuário o modo que um receptor mostra informação para a pessoa utilizando o mesmo. Os controles e o visor.

Ionosfera a faixa de partículas carregadas situada de 80 a 120 milhas acima da superfície da Terra.

Largura de banda a faixa de frequência de um sinal.

Mensagem de dados uma mensagem incluída no sinal do GPS que relata a localização, correções do re1ógio e saúde do satélite. Esta incluída informação dos outros satélites na constelação.

Palavra de Handover a palavra na mensagem de GPS que contem informações de sincronismo para a transferência de rastreamento a partir do código C/A para o P.

Portadora um sinal que pode variar a partir de uma frequência por modulação.

Posicionamento diferencial medição precisa das posições relativas de dois receptores rastreando o mesmo sinal.

Posicionamento estático determinação da localização quando a antena do receptor esta presumivelmente estacionaria na Terra. Isto permite o uso de varias técnicas de cálculo de media que melhoram a exatidão por fatores acima de 1000.

Pronto para qualquer lugar a habilidade de um receptor começar os cálculos de posicionamento sem que seja necessário fornecer uma localização aproximada e um tempo aproximado.

Pseudo intervalo uma medição de distancia baseada na correlação de um código transmitido pelo satélite e o código de referencia do receptor local, que não foi corrigido por erros no sincronismo entre o re1ógio do transmissor e o re1ógio do receptor.

Pseudolite um receptor diferencial GPS baseado em Terra que transmite um sinal como se fosse um satélite GPS real e pode ser utilizado para raio de ação. A porção dos dados do sinal contem as correções diferenciais que podem ser utilizadas por outros receptores para corrigir erros de GPS.

Rastreamento ajudado-pela-portadora uma estratégia de processamento de sinal que utiliza o sinal da portadora do GPS para conseguir um travamento exato do relógio no código pseudo-randômico. Mais exato do que o enfoque padrão.

Receptor de multi-canais um receptor GPS que pode simultaneamente rastrear mais de um sinal de satélite.

Refração Ionosférica as mudanças na velocidade de propagação do sinal quando ele passa através da ionosfera.

Segmento de controle uma rede mundial de estações de controle e monitoramento GPS que garante a exatidão das posições dos satélites e de seus re1ógios.

Segmento do usuário a parte total do sistema GPS que inclui os sinais dos receptores GPS.

Segmento espacial a parte total do sistema GPS que inclui os satélites e os veículos de lançamento.

Serviço de posicionamento padrão (SPS) a exatidão do posicionamento civil normal obtida pela utilização do código C/A de frequência simples.

Serviço de Posicionamento Preciso (PPS) o posicionamento dinâmico mais exato possível que o GPS, baseado na frequência dupla código P.

Spectro de Espalhamento um sistema no qual o sinal transmitido e espalhado em uma banda de frequência muita mais larga do que o mínimo de largura de faixa requerido para transmitir informação sendo enviada. Para o GPS, isto e feito modulando-se a portadora com um código pseudo-randômico.

Spectro de frequência a distribuição de amplitudes de sinal como função da frequência.

Tendência do relógio a diferença entre a hora indicada no re1ógio e a hora universal verdadeira.