Trabalho sobre GPS elaborado pelos alunos do 11ºB : Ana Filipa Rosado, Ana Panasco, Ana Sardinha, Inês Martins, João Cotovio.

10. Ciência.

11. ologia.

18. Coordenadas
O que é? Tempo Geográficas
Coordenadas Sistema
Cartesianas GPS
Galileo

19.  O que é o GPS?
O GPS, Sistema de Posicionamento Global (Global Positioning System), é um
sistema de navegação que utiliza informação proveniente de satélites para fornecer com
rigor as coordenadas de um lugar.
• Indica a direcção e sentido do movimento
numa viagem;
• Localiza pontos num mapa atraves das suas
coordenadas;
• Armazena as coordenadas das posiçoes na
memoria, podendo inverter o percurso da
viagem e regressar ao ponto de partida.

20.  Tempo
O tempo é uma grandeza física que desempenha um papel fundamental no
funcionamento do GPS. O erro na determinação do intervalo de tempo que o sinal
demora no percurso entre o emissor e o receptor, tem de ser pequeníssimo. É
necessário precisão e exactidão dos relógios para que se possa localizar a posição do
receptor GPS à superficie da Terra.

21. Os satélites artificiais do sistema GPS possuem relógios atómicos
que fornecem o “tempo GPS”, este é convertido pelos receptores GPS em
“tempo universal coordenado” que se ajusta ao “tempo médio de
Greenwich”. Por isso, os receptores GPS têm incorporados relógios de
quartzo.

22.  Relogios
Existe três tipos diferentes de relógios:
Tipo de relógio Incerteza
Mecânico 100 milissegundos/dia
Quartzo 0,1milissegundos/ dia
Atómico 0,1 microssegundos/dia

23.  Coordenadas Geográficas
Para indicar a posição de um lugar à superfície da Terra normalmente
utilizam-se cordenadas geográficas: Latitude e Longitude.

24.  Latitude
A latitude é o ângulo medido
para cima ou para baixo do equador, ao
longo de um meridiano. Varia de 0o a 90o
norte (N) ou de 0o a 90o sul (S). Um
paralelo é uma linha circular paralela ao
equador cujos pontos estão à mesma
latitude.

25.  Longitude
Um meridiano é um círculo máximo,
perpendicular ao equador e que passa pelos dois
pólos geográficos.
A longitude é o ângulo para um lado
ou para o outro do semimeridiano de
Greenwhich (localidade nos arredores de
Londres).
Varia entre 0o e 180o podendo ser este
(E) ou oeste (O).

26.  Altitude
Muitas vezes é necessário utilizar mais uma coordenada geográfica: a
altitude.
A altitude de um lugar é a distância, medida sobre a vertical do lugar, entre
esse lugar e o nível médio das águas do mar.

27.  Coordenadas Cartesianas
A situação de repouso ou de movimento é relativa porque depende de um
referencial.
Para isso, utiliza-se um sistema de coordenadas: conjunto de parâmetros
usados para referênciar posições.
z
Um deles é o sistema de coordenadas
cartesianas, constituído por três eixos de referência
(x, y e z) prependiculares entre si, que se intersectam
O y
no ponto zero da escala (a origem).
x

28. Neste sistema, qualquer ponto é definido pelas coordenadas cartesianas e
pelo vector posição (que parte da origem).
Podemos utilizar assim, um referencial tridimensional, bidimensional e
unidimensional:

29.  Referêncial Bidimensional
Se considerarmos um corpo num
plano, a sua posição é dada atendendo às
coordenadas xx e yy.
 Referêncial Unidimensional
Se considerarmos uma única
dimensão, como é o caso do movimento
rectilíneo, a posição é dada pela única
coordenada do eixo dos xx.

30. O movimento de um corpo
ocupa sucessivas posições, e ao seu
conjunto chamamos trajectória. Esta
pode ser rectilínea ou curvilínea.

31. O GPS está dividido em três partes e abordaremos de seguida as suas
funções:

32. Este sistema utiliza 24 satélites que descrevem órbitas circulares que
asseguram uma cobertura global a cerca de 22 200 km de altitude. Estes,
completam duas voltas por dia, uma a cada 12h e a que chamamos de período.
Uma órbita contém quatro satélites e
cada satélite retém quatro relógios atómicos
com precisão de 3ns ou seja, 3x10-9 s. Os
satélites transmitem e captam ondas
electromagnéticas na zona das microondas que
conduzem dados alusivos à posição e tempo.

33. O GPS possui 5 estações na Terra, 4 observam os satélites e uma é a principal
de controlo situada nos EUA.
Estas estações controlam a
posição dos satélites, a velocidade e o
tempo marcado nos relógios, e
analisam as condições atmosféricas
que inserem erros nos sistema devido
à alteração da velocidade de
propagação das ondas
electromagnéticas.
As estações também efectuam correcções às órbitas e relógios dos satélites através do
envio de informação compilada.

34. Este segmento é constituído pelos receptores GPS e pelos seus
utilizadores.
Os GPS recebem e descodificam os sinais dos satélites, trocam dados
com outros receptores e com computadores.
O utilizador têm ainda acesso a
mapas pormenorizados de cidades, obter
a rota preferível até ao destino ou ainda
conceber coordenadas de posição.

35. O GPS contém informação do instante em que um satélite lhe envia sinais através de
ondas electromagnéticas. Estes sinais propagam-se à velocidade da luz ( c = 300 000
km/s ) , logo ocorre uma variação de tempo entre a emissão do sinal pelo satélite até a
chegada ao GPS que nos possibilita calcular a distância entre o GPS e o satélite.
Se o movimento tem a mesma direcção, sentido e rapidez, o valor da velocidade é dado
pela distância percorrida, d, por intervalo de tempo, ∆t ( v = d / ∆t) . Como v = c = 300
000 km/s , se conhecermos a ∆t, saberemos a d
d = c x ∆t

36. Para localizar um lugar na Terra, o receptor recorre ao método geométrico
da Triangulação, após ter calculado a sua distância a três satélites.
B
P
A
C
Depois de calculadas as distâncias aos satélites A, B e C, como na figura,
podemos então determinar a posição do ponto P, onde está localizado o receptor.

37. • Através da d A, traça-mos uma circunferência
com centro em A e que detém a o ponto P, o
receptor, o qual poderá estar localizado em
qualquer ponto relativo à circunferência.
• Através da d B, traça-mos outra circunferência
com centro em B que irá interceptar em dois
pontos a circunferência com centro em A, e um
desses pontos será o ponto P.
• Através da d C, traça-se uma última
circunferência com centro C e que irá interceptar
as outras duas num ponto em comum, o ponto P,
ou seja, o receptor.

38. Para um receptor calcular a sua posição, são suficientes os sinais
emitidos por três satélites.
Todavia é utilizado um outro satélite,
o qual tem como função sincronizar os relógios
atómicos extraordinariamente concisos dos
restantes três satélites, e os de quartzo, menos
concisos dos receptores, devido à grande
importância que a determinação do tempo, ∆t,
que o sinal leva a chegar ao receptor.

39. Precisão de um receptor GPS
Um receptor GPS comercial pode ter um erro até 10 m, enquanto com o
novo sitema DGPS reduz o erro nos GPS’s militares e de investigação para cerca de 3
a 4 metros.
Se não houvesse uma correcção deste efectuada com base na teoria da
relatividede de Einstein , existiria uma acumulação de erros nos relógios atómicos, que
no final do dia levariam a erros de mais de uma dezena de quilometros.

40. Este erro pode dever-se:
• a más condições atmosféricas;
• às diminuição do número de satélites em linha de vista devido a obstáculos;
• a reflexões das ondas electro-magnéticas nesses obstáculos, durante a sua
propagação.

41.  Aplicaçoes do GPS
• Navegação terrestre, marítima e aérea (Transportes convencionais, excursionistas,
desportistas, pescadores ou investigadores em zonas desconhecidas);
• Segurança de veículos como táxis ou camiões de transporte de mercadorias;
• Mapeamento (Produção de mapas e estudo da topografia dos terrenos);
• Gestão de tráfego e detecção de situaçõs de emergência.

43.  Em que consiste?
O sistema Galileo consiste num sistema de navegação por satélite que se
encontra ainda em desenvolvimento na Europa.

44. Este sistema está a ser desenvolvido pela União Europeia e ainda pela
Agência Espacial Europeia (European Space Agency - ESA) em virtude de tornar a
União Europeia independente dos restantes sistemas de navegação por satélite
existentes, o GPS norte-americano e o sistema russo Glonass.
Para um controlo eficaz deste sistema, serão construídas duas estações de
controlo na Europa Central.

45.  Constituição:
O sistema Galileo será composto por 30 satélites, dos quais 27 estarão
operacionais e os restantes 3 ficarão em reserva como sobressalentes.
Estes satélites irão ser colocados em três orbitas com uma inclinação de
56º tendo em conta o plano equatorial da Terra e a uma altitude de cerca de 26 000
km, ficando aproximadamente 4000km acima das órbitas dos satélites do GPS.

46. Galileo transportará dois relógios atómicos: um de rubídio e outro
denominado PHM (Passive Hydrogen Maser – Maser Passivo de Hidrogénio). O
primeiro tem um erro inferior a 10 ns/dia e o outro tem um erro inferior a 1 ns/dia,
que fará dele o relógio atómico mais preciso em órbita.
Todas estas condições levarão a que haja uma cobertura de extrema
qualidade de todo o planeta.

47.  Vantagens:
Em comparação do sistema Galileo com os restantes sistemas de navegação
por satélite existentes, podemos destacar algumas vantagens que este apresenta em
relação aos outros sistemas.

48.  É dotado de uma maior precisão (actualmente ainda está a ser confirmado
este parâmetro com base em testes reais);
 Oferece uma maior segurança, tendo em conta que permite transmitir e
confirmar auxílios em casos de emergência;
 Implica menos problemas, uma vez que é capaz de testar autonomamente a
sua integridade;
 Permite uma cobertura mais abrangente de satélites visto que este sistema
terá a possibilidade de interagir com os restantes sistemas existentes.

49.  Aplicações:
Este sistema pode ser aplicado em diversos sectores, especialmente no que
diz respeito aos sistemas de transporte quer terrestre, marítimo, quer aeronáutico,
uma vez que possibilita uma melhor gestão de tráfego.
Galileo irá trazer benefícios em múltiplos serviços, nomeadamente ao nível
civil, para o qual foi especificamente desenvolvido.
O sistema tem a capacidade de detectar com exactidão a localização de
pessoas e ainda, de objectos que sejam dotados de um receptor de dados adequado.

50. Está ainda desenvolvido particularmente para serviços que estejam de
alguma forma relacionados com a vida humana em virtude de lhes proporcionarem
segurança e de lhes prestarem auxílio, em caso de procura e resgate.
O sistema Galileo pode ainda revelar alguma utilidade em termos de
serviços públicos regulamentados que abranjam aplicações especiais e
governamentais.

51.  Lançamento:
Do sistema Galileo fazem parte dois satélites experimentais pertencentes à
missão GIOVE (Galileo In-Orbit Validation Element), ambos já lançados com o
objectivo de testar o equipamento que transportam e para testar todo o equipamento
em terra.

52. O primeiro satélite não tripulado designa-se GIOVE-A e foi lançado no dia
28 de Dezembro de 2005. Transportava apenas dois relógios atómicos de rubídio e
forneceu os primeiros sinais de navegação no dia 12 de Janeiro de 2006.

53. Por sua vez, o segundo satélite, GIOVE-B, foi enviado no dia 27 de Abril
de 2008 e a bordo levava três relógios atómicos: dois de rubídio e um de PHM
(Maser Passivo de Hidrogénio. As suas primeiras informações chegaram no dia 7 de
Maio de 2008.

54. Estima-se que o sistema de navegação europeu, Galileo, irá estar
operacional num futuro próximo, por volta do ano de 2012-13.

55.  Bibliografia:
 RODRIGUES, Mª Margarida (et.al) - Física na nossa vida, 11º Ano;
Porto: Porto Editora, 2008.
 VENTURA, Graça (et.al) – 11 F B, Física e Química B – Física, 11º
Ano; Lisboa: Texto Editores, 2006.
 VENTURA, Graça (et.al) – 11 F, Física e Química A – Física – Bloco
2,11º/12º Ano; Lisboa: Texto Editores, 2009.

56.  Webgrafia:
 http://www.esa.int/esaNA/ESAAZZ6708D_galileo_0.html
 http://www.esa.int/esapub/br/br251/br251.pdf
 http://en.wikipedia.org/wiki/GIOVE#GIOVE-B
 http://pt.wikipedia.org/wiki/GIOVE-A
 http://en.wikipedia.org/wiki/GIOVE
 http://pt.wikipedia.org/wiki/Galileo
 http://www.inov.pt/eng/news/archive_01.html

57.  Elaborado por:
 Ana Rosado, nº1
 Ana Panasco, nº2
 Ana Sardinha, nº3
 Inês Martins, nº9
 João Cotovio, nº 13
11ºB
 Fim.