GPS

Ciências AeronáuticasNavegação Aérea II

Prof. Ronaldo Costa Pinto

HistóriaNo 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.

A RÁDIO-NAVEGAÇÃOO 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.

A RÁDIO-NAVEGAÇÃO (cont)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.

A RÁDIO-NAVEGAÇÃO (cont)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.

Os atuais sistemas de navegação são realmente o resultado dos estudos gradativos que tiveram início a partir da Segunda Guerra Mundial, criando possibilidades de viagens mais distantes, realizadas sob as mais diversas condições atmosféricas, sem a necessidade de contato com o solo ou estações de auxílio rádio.

Contudo, e devido à forma esférica da Terra, esses sistemas

oferecem limitações de sinais, principalmente nas regiões de desertos, florestas e áreas oceânicas.

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 e 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.

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

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 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.

Correção de Erros• 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.

Cálculo da AltitudeOs 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, Lat/Long/Altitude.

Pelo processamento contínuo de sua posição, um receptor pode também determinar velocidade e direção do deslocamento.

Sistema Mundial deNavegação por Satélites (GNSS).A princípio, o GNSS estará constituído pelo GPS -

Global Positioning System, de origem americana (figura da Esq.), menção deste capítulo e por um outro sistema similar, o GLONASS – Global Orbiting Navegation Satellite System, de origem russa (figura da dir.).

FuncionamentoAmbos os sistemas são constituídos por vinte e quatro

satélites, sendo que três são reservas, todos já em atividade.

Esses satélites circulam, em tomo da Terra, duas vezes por dia a uma altitude de aproximadamente 10.900 Nm, completando uma órbita a cada 12 horas.

Transmitem continuamente, cada um, mensagens precisas de ondas reguladoras e de navegação, incluindo dados como condição de satélites, órbitas, horário, etc.

O sistema GPS de navegação está distribuído em seis planos de órbitas diferentes, eqüidistantes e em vários sentidos .

GPS RECEIVERO GPS Receiver é um equipamento de pequeno

porte, mas de grande eficiência na recepção de dados emitidos pelos satélites.

Se esse receptor for do tipo portátil, é alimentado por baterias recarregáveis (pilhas).

Constitui-se de uma caixa contendo os elementos eletrônicos e um mostrador do tipo calculadora eletrônica acesso é feito por meio de várias teclas, que tem as funções específicas .

OperaçãoAo ligar o GPS, como qualquer aparelho moderno,

ele exibirá uma tela (página) de auto teste.Em seguida o GPS estará apto para que se possa

entrar com os diversos dados necessários para o vôo. Ele apresentará várias páginas para que se possa

escolher e entrar com os dados.Essas são algumas das informações, uma vez que o

GPS tem capacidade para mostragem mais completa, dependendo somente de tipo marca e modelo do GPS.

Inserindo as coordenadas de locais onde estão NDB, VOR e outros pontos determinados em rota, o bloqueio desses se obtém com bastante precisão.

AprimoramentosEmbora o sistema GPS continue em fase de

estudos, visando maior aprimoramento, o seu uso para aproximação, categoria I do ILS (non precision approches), já é uma realidade aprovada nos Estados Unidos para determinado tipo de equipamento.

Nas aproximações por instrumentos (IFR), tendo como equipamento auxiliar o GPS diferencial, será possível a aproximação de precisão nas categorias ILS II e III para o uso civil.

Como se pode prever, o progresso da tecnologia no sistema GPS de navegação, em breve proporcionará a substituição gradativa do sistema ILS.

A razão advém do número limitado de canais de freqüência do ILS e a proliferação das estações comerciais FM de alta potência com freqüências próximas as do ILS, provocando interferências significativas nas transmissões dos sinais.

Mesmo diante das inúmeras facilidades de navegar que o GPS Receiver já oferece, achamos que essa condição não isenta o piloto de suas responsabilidades de manter conhecimentos básicos e prática das tradicionais navegações rádio, sob pena de ser transformado em mero apertador inconsciente de teclas sem nenhum outro recurso que o venha auxiliar.

http://www.arvm.org/gps/historico.html

Modelos de GPSExistem categorias distintas de GPS, para

diversas áreas de atuação, e a maior diferença entre elas é o grau de precisão.

O GPS para navegação é aquele que as pessoas usam para dirigir, não é dos mais precisos, mas é o suficiente para guiar os motoristas contemporâneos.

A vantagem, além do menor preço, é a variedade de aplicações.

O primeiro critério na escolha do melhor GPS é o local de uso.

Você pretende usá-lo em estradas, trilhas, no mar ou na cidade? Existem modelos de GPS mais adequados para cada uma dessas possibilidades.

E se você pretende fazer tudo isso, aí o melhor é um GPS multiuso.

Procure conhecer as funcionalidades de cada modelo de GPS e de quais delas você precisa.

Por exemplo, se você precisa de um GPS que diz “vire à esquerda agora e à direita em seguida” ou se as coordenadas não precisam ser assim tão detalhadas.

Um fator relevante para encontrar o melhor GPS é o mapa utilizado por ele, já que o aparelho sozinho apenas diz onde você está, mas não como chegar aonde quer.

Alguns modelos permitem compartilhar informações e arquivar os caminhos percorridos. Você pode depois salvar as rotas no seu computador.

Um dos programas mais utilizados para essa troca de roteiros é o Trackmaker. Com o registro das rotas, fica muito mais fácil fazer o caminho de volta, sem o risco de ficar perdido.

A interação entre usuários de GPS também abrange atividades de lazer como caças ao tesouro, alguns sites como o www.geocaching.com e www.confluence.org são especializados em realizar competições de exploração geográfica.

Como escolher o melhor GPSSensibilidade de recepçãoQuanto mais alta, melhor a captação dos

sinais em condições adversas. Em geral, modelos com pelo menos 10

canais de recepção apresentam um desempenho satisfatório.

Acima de 12 canais, não faz mais diferença, pois é o número máximo de satélites que o receptor consegue visualizar.

Processador / chipset Determina a taxa de transferência entre

uma posição e a próxima. Também é responsável pela TTFF - Time

To First Fix -, tempo que o receptor leva para determinar a primeira posição.

Altímetro barométrico Indica a altitude, em uma tela exclusiva

com o perfil altimétrico. Conforme o local em que estiver, essa

função pode ou não ser prioritária.

Bússola eletrônicaIndica os pontos cardeais, assim como

uma bússola comum. É útil se você estiver parado.

Mapa inclusoDeve estar de acordo com as regiões em

que você vai utilizar o aparelho. Você salva os trajetos utilizando a memória

do mapa, alguns modelos permitem a navegação em algumas cidades por comandos de voz.

Outro uso da memória dos mapas é gravar a localização de radares e pedir para que ao aparelho avise quando estiver se aproximando de algum radar.

Capacidade para tracklogÉ a capacidade de armazenar caminhos.

Prefira um receptor com capacidade para no mínimo 10.000 pontos.

Existem modelos de GPS com cartão de memória, aí é possível ganhar espaço a mais para gravação de rotas.

Um cartão de 64 MB grava milhões de pontos.

Pontos de interesseEsse item faz parte do navegador, o

software, que o seu receptor irá utilizar. Quanto mais pontos de interesse, melhor.São endereços já gravados no mapa, veja

o que é mais interessante para você: bancos, farmácias, restaurantes, etc.

AtualizaçõesMais um item a ser avaliado no software. Veja quais atualizações estão disponíveis e se

são pagas.Tela / visorO tamanho da tela deve ser o suficiente para

que você possa visualizá-la bem, quando estiver em movimento.

Outros fatores de escolha são a iluminação da tela, cores de visualização, tela sensível ao toque (touchscreen).

AcessóriosConfira quais acessórios vêm com o

receptor. Antena externa, por exemplo, além de aumentar a precisão e rapidez do aparelho,

É útil para camuflar o receptor no carro, evitando furtos.

Outros acessórios úteis são o carregador e o suporte para usá-lo no carro.

Outros recursosAlguns aparelhos trazem entrada para

fone de ouvido, alto-falante embutido, entrada USB e transferência Bluetooth.

Outros agregam leitor de e-book e MP3/MP4 players

Autonomia da bateriaSe for usá-lo para viagens longas, há

modelos que oferecem até 20 horas de autonomia.

Robustez / resistênciaSe vai utilizá-lo em trilhas, esse aspecto é

fundamental. Verifique se o aparelho é resistente a

quedas e se é à prova d’ água.

Serviços extrasAlgumas marcas disponibilizam serviços

como informações sobre o trânsito, preço de gasolina, etc.