Sistema de Posicionamento Global - Enciclopédia Mundial - Eu quero saber tudo - 2021
Posicionamento Cinemático Relativo (RKP) é outra abordagem para um sistema de posicionamento preciso baseado em GPS. Nesta abordagem, a determinação do sinal de alcance pode ser resolvida com uma precisão menor que 10 cm (4 pol). Isso é feito através da resolução do número de ciclos em que o sinal é transmitido e recebido pelo receptor. Isso pode ser feito usando uma combinação de dados de correção de GPS diferencial (DGPS), transmitindo informações de fase de sinal de GPS e técnicas de resolução de ambiguidade por meio de testes estatísticos - possivelmente com processamento em tempo real (posicionamento cinemático em tempo real, RTK).23
Hora e data do GPS
Enquanto a maioria dos relógios é sincronizada com o Tempo Universal Coordenado (UTC), os relógios Atômicos nos satélites são definidos como Hora do GPS. A diferença é que o tempo do GPS não é corrigido para corresponder à rotação da Terra, portanto não contém segundos bissextos ou outras correções que são adicionadas periodicamente ao UTC. O tempo do GPS foi definido para coincidir com o Tempo Universal Coordenado (UTC) em 1980, mas desde então divergiu. A falta de correções significa que o tempo do GPS permanece sincronizado com o horário atômico internacional (TAI).
A mensagem de navegação GPS inclui a diferença entre o tempo do GPS e o UTC, que em 2006 é de 14 segundos. Os receptores subtraem esse deslocamento do horário do GPS para calcular o UTC e o horário 'local'. Novas unidades de GPS podem não mostrar a hora UTC correta até depois de receber a mensagem de compensação UTC. O campo de deslocamento GPS-UTC pode acomodar 255 segundos bissextos (oito bits) que, na taxa de variação atual da rotação da Terra, são suficientes para durar até o ano 2330.
Ao contrário do formato de ano, mês e dia do calendário juliano, a data do GPS é expressa como um número da semana e um número do dia da semana. O número da semana é transmitido como um campo de dez bits nas mensagens de navegação C / A e P (Y) e, portanto, torna-se zero novamente a cada 1.024 semanas (19,6 anos). A semana zero do GPS começou às 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI) em 6 de janeiro de 1980 e o número da semana tornou-se zero novamente pela primeira vez às 23:59:47 UTC em 21 de agosto de 1999 (00:00: 19 TAI em 22 de agosto de 1999). Para determinar a data gregoriana atual, um receptor de GPS deve receber a data aproximada (de 3.584 dias) para traduzir corretamente o sinal da data do GPS. Para resolver essa questão, as mensagens de navegação GPS modernizadas usam um campo de 13 bits, que se repete a cada 8.192 semanas (157 anos) e não retornará a zero até perto do ano 2137.24
Modernização do GPS
Tendo atingido os requisitos do programa para Capacidade operacional total (FOC) em 17 de julho de 1995,25 o GPS completou seus objetivos de projeto originais. No entanto, avanços adicionais em tecnologia e novas demandas no sistema existente levaram ao esforço de "modernizar" o sistema GPS. Anúncios do vice-presidente e da Casa Branca em 1998 anunciaram o início dessas mudanças e, em 2000, o Congresso dos EUA reafirmou o esforço; referido como GPS III.
O projeto visa melhorar a precisão e disponibilidade para todos os usuários e envolve novas estações terrestres, novos satélites e quatro sinais de navegação adicionais. Novos sinais civis são chamados L2C, L5, e L1C; o novo código militar é chamado Código M. Capacidade operacional inicial (COI) do código L2C é esperado em 2008.26
O GPS permite o direcionamento preciso de várias armas militares, incluindo mísseis de cruzeiro e munições guiadas com precisão. Para ajudar a impedir que a orientação GPS seja usada em armas inimigas ou improvisadas, o governo dos EUA controla a exportação de receptores civis. Um fabricante com sede nos EUA geralmente não pode exportar um receptor, a menos que ele contenha limites que o impedem de funcionar quando estiver simultaneamente (1) a uma altitude acima de 18 quilômetros (60.000 pés) e (2) viajando a mais de 515 m / s (1.000 nós) )27
Os satélites GPS também carregam detectores de detonação nuclear, que formam uma parte importante do Sistema de Detecção de Detonação Nuclear dos Estados Unidos.28
Automóveis pode ser equipado com receptores GPS na fábrica ou como equipamento pós-venda. As unidades geralmente exibem mapas em movimento e informações sobre localização, velocidade, direção e ruas e pontos de referência próximos.
Aeronaves os sistemas de navegação geralmente exibem um "mapa em movimento" e geralmente são conectados ao piloto automático para navegação em rota. Os receptores GPS montados no cockpit e os cockpits de vidro estão aparecendo em aeronaves de aviação geral de todos os tamanhos, usando tecnologias como WAAS ou LAAS (Local Area Augmentation System) para aumentar a precisão. Muitos desses sistemas podem ser certificados para navegação por regras de voo por instrumentos, e alguns também podem ser usados ​​para operações finais de aproximação e pouso. Os pilotos de planadores usam os gravadores de vôo GNSS para registrar dados de GPS, verificando sua chegada nos pontos de virada nas competições de asa delta. Os computadores de vôo instalados em muitos planadores também usam o GPS para calcular a velocidade do vento no ar e planar caminhos para pontos de passagem, como aeroportos alternativos ou passagens de montanha, para ajudar na tomada de decisões em rota para a subida nos campos.
Barcos e navios pode usar o GPS para navegar em todos os lagos, mares e oceanos do mundo. As unidades de GPS marítimo incluem funções úteis na água, como funções de "homem ao mar" (MOB) que permitem marcar instantaneamente o local em que uma pessoa caiu no mar, o que simplifica os esforços de resgate. O GPS pode ser conectado ao equipamento de direção autônoma e aos plotadores de gráficos do navio usando a interface NMEA 0183. O GPS também pode melhorar a segurança do tráfego marítimo, ativando o AIS.
Equipamento pesado pode usar o GPS na construção, mineração e agricultura de precisão. As lâminas e baldes dos equipamentos de construção são controlados automaticamente nos sistemas de orientação de máquinas baseados em GPS. Os equipamentos agrícolas podem usar o GPS para dirigir automaticamente, ou como um auxílio visual exibido em uma tela para o motorista. Isso é muito útil para operações controladas de tráfego e colheita em linha e durante a pulverização. Colheitadeiras com monitores de produtividade também podem usar o GPS para criar um mapa de produtividade do paddock que está sendo colhido.
Bicicletas freqüentemente usam GPS em corridas e passeios. A navegação por GPS permite que os ciclistas traçam seu percurso com antecedência e sigam esse percurso, que pode incluir ruas mais silenciosas e estreitas, sem precisar parar com frequência para consultar mapas separados. Alguns receptores GPS são adaptados especificamente para ciclismo com suportes e caixas especiais.
Caminhantes, alpinistas e até pedestres comuns em ambientes urbanos ou rurais podem usar o GPS para determinar sua posição, com ou sem referência a mapas separados. Em áreas isoladas, a capacidade do GPS de fornecer uma posição precisa pode aumentar muito as chances de resgate quando alpinistas ou caminhantes são desativados ou perdidos (se eles tiverem um meio de comunicação com as equipes de resgate).
Equipamento GPS para deficientes visuais está disponível. Para informações mais detalhadas, consulte o artigo GPS para deficientes visuais
Um moderno receptor GPS de 20 canais baseado em chip SiRF Star III com suporte WAAS / EGNOS.
Nave espacial agora estão começando a usar o GPS como uma ferramenta de navegação. A adição de um receptor GPS a uma espaçonave permite a determinação precisa da órbita sem rastreamento no solo. Isso, por sua vez, permite navegação autônoma de naves espaciais, vôo de formação e encontro autônomo. O uso de GPS em MEO, GEO, HEO e órbitas altamente elípticas é viável somente se o receptor puder adquirir e rastrear os sinais de lóbulo lateral do GPS, muito mais fracos (15 - 20 dB). Essa restrição de design e o ambiente de radiação encontrado no espaço impedem o uso de receptores COTS.
TopografiaOs receptores GPS de grau de entrega podem ser usados ​​para posicionar marcadores de pesquisa, edifícios e construção de estradas. Essas unidades usam o sinal das frequências GPS L1 e L2. Embora os dados do código L2 sejam criptografados, a onda portadora do sinal permite a correção de alguns erros ionosféricos. Esses receptores GPS de dupla frequência normalmente custam US $ 10.000 ou mais, mas podem ter erros de posicionamento da ordem de um centímetro ou menos quando usados ​​no modo GPS diferencial de fase da portadora.
Sistemas de mapeamento e informações geográficas (SIG)- A maioria dos receptores GPS de grau de mapeamento usa os dados das ondas portadoras apenas da frequência L1, mas possui um oscilador de cristal preciso que reduz os erros relacionados à instabilidade do relógio do receptor. Isso permite erros de posicionamento da ordem de um metro ou menos em tempo real, com um sinal GPS diferencial recebido usando um receptor de rádio separado. Armazenando as medições da fase portadora e pós-processamento diferenciado dos dados, são possíveis erros de posicionamento na ordem de 10 cm com esses receptores.
Geofísica e geologia- Medições de alta precisão da deformação crustais podem ser feitas com GPS diferencial, encontrando o deslocamento relativo entre os sensores de GPS. Várias estações situadas em torno de uma área de deformação ativa (como um vulcão ou uma zona de falha) podem ser usadas para encontrar tensão e movimento no solo. Essas medidas podem ser usadas para interpretar a causa da deformação, como um dique ou soleira abaixo da superfície de um vulcão ativo.
Essa antena é montada no teto de uma cabana contendo um experimento científico que exige um tempo preciso.
Referência precisa do tempo- Muitos sistemas que precisam ser sincronizados com precisão usam o GPS como uma fonte de tempo preciso. O GPS pode ser usado como um relógio de referência para geradores de código de tempo ou relógios NTP. Os sensores (para sismologia ou outro aplicativo de monitoramento) podem usar o GPS como uma fonte de tempo precisa, para que os eventos sejam cronometrados com precisão. As redes de comunicação TDMA geralmente dependem desse tempo preciso para sincronizar equipamentos de geração de RF, equipamentos de rede e multiplexadores.
Comunicações móveis por satélite- Os sistemas de comunicação via satélite usam uma antena direcional (geralmente um "prato") apontada para um satélite. A antena em um navio ou trem em movimento, por exemplo, deve ser apontada com base em sua localização atual. Controladores de antena modernos geralmente incorporam um receptor GPS para fornecer essas informações.
Serviços de emergência e localizaçãoA funcionalidade -GPS pode ser usada pelos serviços de emergência para localizar telefones celulares. A capacidade de localizar um telefone celular é exigida nos Estados Unidos pela legislação de serviços de emergência E911. No entanto, em setembro de 2006, esse sistema não estava em vigor em todas as partes do país. O GPS é menos dependente da topologia da rede de telecomunicações do que a radiolocalização para telefones compatíveis. O GPS assistido reduz os requisitos de energia do telefone celular e aumenta a precisão do local. A localização geográfica de um telefone também pode ser usada para fornecer serviços baseados em localização, incluindo publicidade ou outras informações específicas da localização.
Jogos baseados em localização-A disponibilidade de receptores GPS portáteis levou a jogos como o Geocaching, que envolve o uso de uma unidade GPS portátil para viajar para uma longitude e latitude específica para procurar objetos ocultos por outros geocachers. Essa atividade popular geralmente inclui caminhadas ou passeios a locais naturais. Geodashing é um esporte ao ar livre usando waypoints.
Passageiros de aeronaves-A maioria das companhias aéreas permite o uso de unidades GPS pelos passageiros em seus voos, exceto durante o pouso e a decolagem quando outros dispositivos eletrônicos também são restritos. Embora os receptores GPS de consumo tenham um risco mínimo de interferência, algumas companhias aéreas não permitem o uso de receptores de mão durante o vôo. Outras companhias aéreas integram o rastreamento de aeronaves ao sistema de entretenimento de televisão, disponível para todos os passageiros, mesmo durante a decolagem e o pouso.29
Informações do cabeçalho-O sistema GPS pode ser usado para determinar as informações do cabeçalho, mesmo que não tenham sido projetadas para esse fim. Uma "bússola GPS" usa um par de antenas separadas por cerca de 50 cm para detectar a diferença de fase no sinal da operadora de um determinado satélite GPS.30 Dadas as posições do satélite, a posição da antena e a diferença de fase, a orientação das duas antenas pode ser calculada. Os sistemas de bússola GPS mais caros usam três antenas em um triângulo para obter três leituras separadas em relação a cada satélite. Uma bússola GPS não está sujeita a declinação magnética como a bússola magnética e não precisa ser redefinida periodicamente como um giroscópio. É, no entanto, sujeito a efeitos de caminhos múltiplos.
Rastreamento GPS Os sistemas usam o GPS para determinar a localização de um veículo, pessoa ou animal de estimação e registrar a posição em intervalos regulares para criar um registro de movimentos. Os dados podem ser armazenados dentro da unidade ou enviados para um computador remoto por rádio ou modem celular. Alguns sistemas permitem que o local seja visualizado em tempo real na Internet com um navegador da web.
Melhorias na previsão do tempo- A medição da curvatura atmosférica dos sinais de satélite GPS por receptores GPS especializados em satélites orbitais pode ser usada para determinar condições atmosféricas como densidade do ar, temperatura, umidade e densidade de elétrons. Foi provado que essas informações de um conjunto de seis microssatélites, lançado em abril de 2006, chamado Sistema de Constelação de Observação para Meteorologia, Ionosfera e Clima COSMIC, melhoram a precisão dos modelos de previsão do tempo.
Anotação de fotografia-Combinar dados de posição GPS com fotografias tiradas com uma câmera (tipicamente digital), permite procurar os locais onde as fotografias foram tiradas em um gazeteiro e anotar automaticamente as fotografias com o nome do local que elas representam. O dispositivo GPS pode ser integrado à câmera ou o registro de data e hora dos metadados de uma imagem pode ser combinado com um registro de rastreamento GPS.3132
Paraquedismo-A maioria das zonas comerciais de queda usa um GPS para ajudar o piloto a "localizar" o avião na posição correta em relação à zona de queda, o que permitirá que todos os paraquedistas na carga possam levar seus velames de volta à área de pouso. O "ponto" leva em consideração o número de grupos que saem do avião e os ventos superiores. Em áreas onde é permitido o paraquedismo através da nuvem, o GPS pode ser o único indicador visual ao detectar em condições nubladas, isso é conhecido como "Ponto GPS".
Marketing-Algumas empresas de pesquisa de mercado combinaram sistemas GIS e pesquisas baseadas em pesquisas para ajudar as empresas a decidir onde abrir novas agências e direcionar sua publicidade de acordo com os padrões de uso das estradas e os atributos sociodemográficos das zonas residenciais.
O design do GPS baseia-se parcialmente nos sistemas de radionavegação em terra semelhantes, como o LORAN e o Decca Navigator, desenvolvidos no início da década de 1940 e utilizados durante a Segunda Guerra Mundial. A inspiração adicional para o sistema GPS surgiu quando a União Soviética lançou o primeiro Sputnik em 1957. Uma equipe de cientistas dos EUA liderada pelo Dr. Richard B. Kershner estava monitorando as transmissões de rádio do Sputnik. Eles descobriram que, devido ao efeito Doppler, a frequência do sinal transmitido pelo Sputnik era mais alta à medida que o satélite se aproximava e menor à medida que continuava afastando-se deles. Eles perceberam que, como sabiam sua localização exata no globo, podiam identificar onde o satélite estava ao longo de sua órbita medindo a distorção do Doppler.
O primeiro sistema de navegação por satélite, Transit, usado pela Marinha dos Estados Unidos, foi testado com sucesso em 1960. Usando uma constelação de cinco satélites, ele poderia fornecer uma correção de navegação aproximadamente uma vez por hora. Em 1967, a Marinha dos EUA desenvolveu o satélite Timation, que provou a capacidade de colocar relógios precisos no espaço, uma tecnologia em que o sistema GPS se baseia. Na década de 1970, o Sistema de Navegação Omega terrestre, baseado na comparação de fases do sinal, tornou-se o primeiro sistema de radionavegação mundial.
O primeiro satélite experimental Block-I GPS foi lançado em fevereiro de 1978.33 Os satélites GPS foram fabricados inicialmente pela Rockwell International e agora são fabricados pela Lockheed Martin.
Em 1983, depois que um avião interceptador soviético derrubou o avião civil KAL 007 no espaço aéreo soviético restrito, matando todas as 269 pessoas a bordo, o presidente dos EUA, Ronald Reagan, anunciou que o sistema GPS seria disponibilizado para uso civil assim que fosse concluído.
Em 1985, foram lançados mais dez satélites Block-I experimentais para validar o conceito.
Em 14 de fevereiro de 1989, foi lançado o primeiro satélite moderno Bloco II.
Em 1992, a 2ª ala espacial, que originalmente gerenciava o sistema, foi desativada e substituída pela 50ª ala espacial.
Em dezembro de 1993, o sistema GPS atingiu a capacidade operacional inicial34
Em 17 de janeiro de 1994, uma constelação completa de 24 satélites estava em órbita.
Em 1996, reconhecendo a importância do GPS para usuários civis e militares, o presidente dos EUA Bill Clinton emitiu uma diretiva de política35 declarar o GPS como um sistema de dupla utilização e estabelecer um Conselho Executivo do GPS Interagências para gerenciá-lo como um ativo nacional.
Em 1998, o vice-presidente dos EUA, Al Gore, anunciou planos para atualizar o GPS com dois novos sinais civis para maior precisão e confiabilidade do usuário, principalmente no que diz respeito à segurança da aviação.
Em 2 de maio de 2000, a "Disponibilidade Seletiva" foi descontinuada, permitindo que usuários de fora das forças armadas dos EUA recebessem um sinal de qualidade total.
Em 2004, o presidente dos Estados Unidos, George W. Bush, atualizou a política nacional, substituindo o conselho executivo pelo Comitê Executivo Nacional de Posicionamento, Navegação e Momento Espacial.
O lançamento mais recente foi em 17 de novembro de 2006. O satélite GPS mais antigo ainda em operação foi lançado em agosto de 1991.
Dois desenvolvedores de GPS receberam o prêmio da Academia Nacional de Engenharia Charles Stark Draper em 2003:
Ivan Getting, presidente emérito da The Aerospace Corporation e engenheiro do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, estabeleceu a base do GPS, aprimorando o sistema de rádio terrestre da Segunda Guerra Mundial chamado LORAN (Long-range Radio UMAid para Naviação).
Bradford Parkinson, professor de aeronáutica e astronáutica na Universidade de Stanford, concebeu o atual sistema baseado em satélite no início dos anos 1960 e o desenvolveu em conjunto com a Força Aérea dos EUA.
Um desenvolvedor de GPS, Roger L. Easton, recebeu a Medalha Nacional de Tecnologia em 13 de fevereiro de 2006 na Casa Branca.36
Em 10 de fevereiro de 1993, a Associação Aeronáutica Nacional selecionou a Equipe do Sistema de Posicionamento Global como vencedores do Robert J. Collier Trophy de 1992, o prêmio de aviação de maior prestígio nos Estados Unidos. Essa equipe é formada por pesquisadores do Naval Research Laboratory, da Força Aérea dos EUA, da Aerospace Corporation, da Rockwell International Corporation e da IBM Federal Systems Company. A citação que acompanha a apresentação do troféu homenageia a Equipe GPS "pelo desenvolvimento mais significativo para navegação e vigilância segura e eficiente de aeronaves e veículos espaciais desde a introdução da navegação por rádio há 50 anos".
GLONASS (GLObal N / Ddefesa Satellite Ssistema operacional) é operado pela Rússia, embora com apenas doze satélites ativos a partir de 2004. Na Rússia, norte da Europa e Canadá, pelo menos quatro satélites GLONASS são visíveis 45% do tempo. Existem planos para restaurar o GLONASS a pleno funcionamento até 2008 com assistência da Índia.
Galileu está sendo desenvolvido pela União Européia, junto com China, Israel, Índia, Marrocos, Arábia Saudita e Coréia do Sul, a Ucrânia planeja estar operacional em 2010.
Beidou pode ser desenvolvido de forma independente pela China.37
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HowStuffWorks - explicação simplificada do GPS.
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Dana, Peter H. "Visão Geral do Sistema de Posicionamento Global".
Navegação por satélite: GPS e Galileo (PDF) - Artigo de 16 páginas sobre a história e o funcionamento do GPS, tocando no próximo Galileo.