Como funcionam os GPS?

Essa tecnologia já é parte do nosso dia a dia e especialmente no mercado de rastreamento viabilizou a operação de muitas empresas, formando uma cadeia de geração de empregos inestimável no mundo todo. Desde a indústria que fabrica o hardware, passando por empresas de softwares e prestadores de serviços, todos baseiam seus negócios no geoposicionamento. Afinal o que é o GPS? Como funciona essa tecnologia? Leia o post e descubra :)

Um pouco de história:

O sistema GPS (Global Positioning System) ou Sistema de Posicionamento Global, foi criado para fins militares pelo governo Americano. O lançamento dos satélites, desenvolvidos pela Rockwell começou nos anos 70 e foi até 1985, mas o sistema só ficou totalmente operacional em 1995. Durante anos a utilização do serviço por civis era limitada à precisão de no máximo 90 metros, mas em 2000 o governo americano liberou a precisão que temos hoje.

Funcionamento:

O conceito de funcionamento é bastante simples, precisamos de, no mínimo 3 satélites para que nossa posição na terra possa ser calculada. Na ilustração abaixo, podemos ter uma idéia de como isso é possível. As linhas vermelhas são as distâncias que o receptor precisa calcular para determinar sua posição na superfície da terra.

O cálculo de distância é feito com base na velocidade de deslocamento do sinal emitido pelos satélites, (que é constante) e o tempo que esse sinal leva do satélite até o receptor GPS. Para determinar esse tempo, é preciso que o relógio do receptor esteja exatamente igual ao relógio dos satélites. Essa sincronização faz parte do processo de posicionamento. O receptor faz o download dos almanaques e efemérides de correções e assim que consegue sincronizar os relógios, o cálculo fica simples, pois como o sinal carrega consigo o horário que saiu do satélite, basta checar o horário de chegada e calcular a diferença, sendo assim, já temos a velocidade do sinal, o tempo e agora só falta a distância.

Voltando ao segundo grau, temos Vm = Δs/Δt. Traduzindo: Velocidade média é igual à variação de espaço dividida pela variação do tempo. Ora, se temos a velocidade (que é constante), temos também o tempo, basta calcular a distância. Fazendo esse cálculo com sinais de 3 satélites diferentes já conseguimos determinar nossa posição. Os outros satélites que contribuem para o posicionamento só auxiliam na precisão e cálculo de altitude.

GPS e AGPS:

O sistema AGPS nada mais é do que a capacidade de baixar o almanac e a ephemeris dos satélites via rede GSM. O download diretamente dos satélites destas informações levam exatos 12,5 minutos. O almanac é válido por 180 dias, já a ephemeris é válida por, no máximo 4 horas. Outra informação que pode ser adquirida pelo AGPS é a posição (lat/lng) das antenas GSM em alcance, facilitando assim o cálculo da posição.

Ephemeris e Almanac:

Ephemerides são as informações de rota dos satélites em determinado horário. Estas informações são utilizadas para que o receptor faça os cálculos de posicionamento.

Almanac são informações relativas ao estado dos satélites, curso da órbita, modelo ionosférico e horário UTC.

Estas informações são necessárias, pois as condições mudam conforme a época do ano, horário e condições atmosféricas. Ao lado, uma ilustração de modelo matemático da nossa ionosfera e as influências que o sol pode ter neste ambiente.

Outros sistemas:

Em paralelo temos outras opções desenvolvidas por outros países. É bom lembrar que o sistema GPS Americano poderá voltar a ter a disponibilidade seletiva (erro proposital) em caso de guerra ou pela simples vontade do governo americano. A Rússia desenvolveu o Glonnass, a Europa o Galileo e a china o Beidou/Compass.

Mercado de rastreamento:

Os rastreadores atuais podem receber ao mesmo tempo sinais de múltiplos sistemas, melhorando a precisão e rapidez de aquisição de posição. Outras tecnologias de correção como a WAAS e EGONOS podem auxiliar na precisão e rapidez, mas só estão disponíveis em algumas regiões. Estas tecnologias são antenas instalados em terra, que ajudam o receptor a ajustar suas posições, aumentando a precisão.