O GPS funciona triangulando a posição de um receptor a partir dos sinais de pelo menos 4 satélites. Os satélites transmitem sinais de rádio que contêm informações de tempo e posição, permitindo ao receptor calcular a distância a cada satélite e determinar sua localização.

1. O sistema de posicionamento global,
popularmente conhecido por GPS, é um sistema
de navegação por satélite que fornece a um
aparelho recetor móvel a posição do mesmo, assim
como informação horária, sob quaisquer
condições atmosféricas, a qualquer momento e em
qualquer lugar na Terra, desde que o recetor se
encontre no campo de visão de quatro satélites
GPS.

2. 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.

3. A latitude é a distância ao Equador
medida ao longo do meridiano de
Greenwich. Esta distância mede-se em
graus, podendo variar entre 0º e 90º
para Norte ou para Sul.

4. A longitude é a distância ao meridiano
de Greenwich medida ao longo do
Equador. Esta distância mede-se em
graus, podendo variar entre 0º e 180º
para Este ou para Oeste.

5. A Terra é aproximadamente esférica,
com um ligeiro achatamento nos polos.
Para se definir a altitude de um ponto
sobre a Terra define-se uma esfera -
geoide - com um raio de 6378 km. A
altitude num ponto da Terra é a
distância na vertical à superfície deste
geoide.

6. O GPS determina a posição exata
de pontos sobre a superfície
terrestre, identifica a localização
de pontos de um mapa, partindo
das suas coordenadas e armazena
as coordenadas das posições na
memória do aparelho recetor,
podendo vir a utilizá-las
posteriormente.

7. Se, ao medirmos o intervalo de tempo que vai da emissão à
receção do sinal no sistema GPS, esse intervalo tiver um erro de 1
milésimo de segundo (0,001s), a posição calculada fica errada em
cerca de 320 Km.
O tempo é, por isso, fundamental para o bom funcionamento do
sistema GPS, porque é necessário que o erro na determinação do
intervalo de tempo que o sinal demora no percurso entre o
emissor e o recetor, seja muito pequeno.
Simultaneamente, deve haver sincronização de tempo para que se
possa determinar a posição exata do recetor de GPS à superfície
da Terra.

8. Assim, os satélites artificiais do sistema GPS estão munidos de
relógios atómicos de alta precisão. Estes relógios convertem o
tempo GPS em tempo universal coordenado, que se ajusta ao
tempo médio de Greenwich. Já os recetores de GPS estão
equipados com relógios de quartzo.
É o tempo contado a
partir de um instante
de referência, que é o
dia 6 de janeiro de
1980, às 0 horas.
Padrão de tempo que é obtido pela
coordenação entre o tempo
universal e o tempo atómico. É o
fuso horário de referência a partir
do qual se calculam todas as
outras zonas horárias do globo
terrestre.
Durante décadas foi conhecido
como referência oficial do tempo,
sendo o fuso horário em qualquer
região do globo terrestre
contabilizado a partir do
meridiano de Greenwich. No dia 1
de janeiro de 1972, o GMT foi
substituído pelo Tempo Universal
Coordenado (UTC) como
referencial de tempo universal.

9. Há três grandes tipos de relógios atómicos:
Os de Césio
Os de Rubídio
Os de Hidrogénio
Os de césio são os mais usados e precisos.
Os relógios atómicos de césio possuem um
oscilador elétrico que é regulado pelas
frequências das vibrações de um conjunto
de átomos de césio. Existe, depois, um
oscilador de quartzo que regula o
oscilador elétrico e produz os sinais
horários do relógio atómico.

10. Os relógios de quartzo modernos funcionam com base nas
vibrações dos átomos de silício (contidos no quartzo). Os
cristais de quartzo são piezoelétricos, o que significa que se
tornam em osciladores quando se lhes aplica uma diferença de
potencial. Quanto maior for o número de vibrações destes
cristais, maior será a precisão da medição do tempo.

11. Os relógios mecânicos funcionam com base num sistema mecânico
que, por sua vez, consiste nos movimentos de um pêndulo ou de
uma mola em espiral. Os movimentos destas peças fazem rodar
um conjunto de rodas dentadas que movem os ponteiros do
relógio.

12. O sistema de navegação GPS é constituído por três
subsistemas:
Subsistema de satélites (aéreo)
Subsistema de controlo (terrestre)
Subsistema do utilizador

13. O subsistema 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.

14. O subsistema de controlo é
constituído por várias estações
terrestres. Nestas estações terrestres
são observadas as trajetórias dos
vários satélites GPS e é atualizado
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.

15. O subsistema do utilizador é constituído por
um recetor 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. 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
atividade solar a maior parte da informação
enviada pelos satélites perde-se não sendo
fiável a informação processada pelos recetores
do sinal GPS.

16.  Um receptor GPS para calcular a sua posição recorre ao
MÉTODO DA TRIANGULAÇÃO:
 Localiza, no mínimo, três satélites;
 Calcula a distância a que se encontra de cada satélite;
 Deduz a sua própria posição.
 O receptor GPS obtém estas informações analisando os sinais
emitidos pelos satélites GPS

17.  Os satélites da rede GPS enviam os seus sinais sob a
forma de ondas rádio em instantes precisos: à hora t.
 O receptor GPS recebe o sinal no instante t + Δt, que
coincide com a hora marcada no seu relógio de
quartzo.
 Como o sinal se desloca à velocidade da luz
(c=3,0x108 m s-1), o tempo que decorre entre a
emissão e a receção do sinal permite determinar a
distância entre o receptor e o satélite:
tvd
t
d
v

18.  Depois de receber o sinal
proveniente de A, o receptor
em P, a partir do tempo que
o sinal demorou de A a P,
calcula a distância dA.
 Com a distância dA, traça-se
uma circunferência centrada
em A que contém a posição
do receptor, mas que poderá
ser qualquer ponto
pertencente à
circunferência.
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19.  O sinal que o emissor B emite, e
que é captado pelo receptor
GPS, permite determinar a
distância dB.
 Com a distância dB, traça-se
uma segunda circunferência
centrada em B que intercepta
em dois pontos a circunferência
centrada em A, um dos quais
será o ponto P.

20.  O sinal que o emissor C emite, e
que é captado pelo receptor
GPS, permite determinar a
distância dC.
 Com a distância dC, traça-se
uma terceira circunferência
centrada em C que intercepta
dois pontos da centrada em A,
um dos quais é comum à
circunferência centrada em B e
que representa o ponto P.

21.  LOCALIZAR – fornece dados que permitem, com a
maior precisão conhecer a localização de
qualquer ponto do nosso planeta.
 CONDUZIR AO LONGO DE UM PERCURSO – informa
sobre a direcção e sentido que o receptor tem de
tomar para seguir determinado percurso.
 NAVEGAR – fornece informações a barcos e
aviões sobre a rota pretendida.
 MAPEAR – permite a criação de mapas mais
rigorosos.
 MEDIR TEMPOS.

22. O seu funcionamento é muito parecido com o GPS americano,
pois possui 24 satélites que ficam distribuídos entre três
camadas com 8 satélites em cada, e a posição do equipamento é
formada por no mínimo 3 deles através de um processo
chamado triangulação, o que garante a precisão de
posicionamento do sistema.
Uma das vantagens ao uso do GLONASS quanto a outras
soluções está na precisão de posicionamento, isso porque após
as melhorias do sistema, ele é capaz de oferecer sua resolução
máxima ao uso civil, o que não ocorre com GPS, pois os
Estados Unidos limita a capacidade de precisão de seu sistema

23. O projeto europeu Galileo, tornou-se no terceiro sistema de
posicionamento global em funcionamento no mundo, logo depois do
americano GPS e do russo GLONASS.
O nome do projeto foi dado em homenagem ao astrônomo italiano
Galileu Galilei, que trouxe muitos avanços para o mundo da ciência,
física e astronomia. Depois de completo, o sistema deve contar com
um total de 30 satélites em órbita (frente aos 24 do GPS) e deverá
prestar serviços de localização primariamente ao meio civil de
qualquer país, sem qualquer limitação de precisão de sinal.
O cálculo do posicionamento de um recetor em terra funciona da
mesma forma que no GPS, usando como parâmetros o momento
(tempo) e a localização do satélite no espaço para determinar a
posição do recetor.

24. Trabalho realizado por:
André Aires nº2
David Correia nº10
Diogo Gonçalves nº 12