Sistemas de localização por satélite

Atualmente existem, ou estão em fase de implementação, os seguintes sistemas de posicionamento global (GNSS - Global Navigation Satellite System):

BeiDou-2 (COMPASS) (sistema chinês, em fase de implementação);

Galileo (sistema europeu, em fase de implementação);

GLONASS (sistema russo);

GPS (sistema americano).

Estes sistemas são utilizados para conhecer a posição de um determinado recetor e funcionam com base em três subsistemas/segmentos distintos:

Subsistema espacial;

Subsistema de controlo;

Subsistema do utilizador.

Existem outros sistemas de posicionamento com a utilização de satélites mas de carácter regional.

BeiDou-2 (COMPASS)

Este sistema chinês, já em fase experimental, terá 30 satélites em órbitas semelhantes às dos restantes sistemas de navegação, a cerca de 21 000 km de altitude, mas terá também 5 satélites geostacionários.

Começou a ser projetado nos anos 80 do século XX. Já está operacional em algumas zonas do planeta mas só em 2020 terá cobertura mundial.

BeiDou-2 (COMPASS)

Galileo

O sistema europeu, Galileo, irá possuir 27 satélites ativos e mais 3 satélites suplentes, em 3 planos orbitais a cerca de 23 000 km da superfície da Terra.

What is Galileo [© ESA

GLONASS

O sistema GLONASS pertence à Rússia. O seu desenvolvimento, inicialmente com fins militares, foi iniciado em 1976. Os satélites começaram a ser lançados em 1982 e o sistema ficou completo em 1995.

Neste sistema são usados 21 satélites para transmissão de sinais e mais 3 satélites prontos a entrar em operação. Os satélites movimentam-se em três planos orbitais a cerca de 19 000 km de altitude.

GLONASS

GPS

O desenvolvimento do GPS (Global Positioning System) foi iniciado em 1973, com fins militares e propriedade dos Estados Unidos da América, ficando operacional em 1995.

Subsistema espacial – NAVSTAR – Navigation Satellite Timing and Ranging

Este sistema usa um mínimo de 24 satélites (6 planos orbitais com 4 satélites cada, a cerca de 20 200 km da superfície da Terra, deslocando-se a uma velocidade de 11 mil km/h – duas voltas por dia).

Figura 1 - Conjunto de satélites GPS em 6 planos orbitais [orbiterchspacenews.blogspot.com, adaptada].
Figura 1 - Conjunto de satélites GPS em 6 planos orbitais [orbiterchspacenews.blogspot.com, adaptada].

Em cada local da Terra há sempre, no mínimo, 4 satélites visíveis. Cada satélite emite um sinal próprio. Os satélites usam relógios atómicos. No GPS, como nos outros sistemas, podem coexistir diversos tipos de satélites (Figura 2), que vão sendo substituídos por equipamentos mais recentes.

Figura 2 - Satélite do tipo GPS III em construção [© Lockheed Martin].
Figura 2 - Satélite do tipo GPS III em construção [© Lockheed Martin].

Subsistema de controlo

Fazem parte deste subsistema um conjunto de estações (Figura 3), localizadas na superfície terrestre, que controlam e corrigem dados relativos à posição de cada satélite ao tempo.

Figura 3 - Subsistema de controlo do GPS [© gps.gov].
Figura 3 - Subsistema de controlo do GPS [© gps.gov].

Subsistema do utilizador

Este é o subsistema dos aparelhos recetores que captam os sinais enviados pelos satélites visíveis. Os aparelhos podem ser recetor apenas de GPS, telemóveis com a capacidade de receção deste tipo de sinal ou aparelhos profissionais com melhor capacidade de exatidão e tratamento dos sinais.

Funcionamento do GPS

Um recetor GPS capta sinais de cada satélite que lhe permite conhecer a localização do satélite e o tempo que o sinal demorou a chegar (por comparação entre códigos pseudoaleatórios). Deste modo consegue saber a que distância está desse satélite:

$$d=c\Delta t$$

em que:

\(d\) - Distância do recetor ao satélite;

\(c\) - Velocidade da luz;

\(\Delta t\) - Intervalo de tempo entre a emissão do sinal pelo satélite e a receção pelo equipamento recetor.

Depois de receber sinais de 3 satélites, o recetor calcula a sua posição através do método de triangulação.

Figura 4 - Cálculo da posição do recetor/'cliente' através da triangulação dos sinais de 3 emissores [www.intechopen.com, adaptada].
Figura 4 - Cálculo da posição do recetor/'cliente' através da triangulação dos sinais de 3 emissores [www.intechopen.com, adaptada].

Como os satélites têm relógios atómicos mas os recetores GPS têm relógios de quartzo, há um erro nos cálculos efetuados o que implica imprecisão na posição determinada pelo recetor. Este erro vai ser diminuído com informações acumuladas de um quarto satélite (e seguintes), realizando um acerto do relógio do recetor o que permite recalcular a posição com maior exatidão.

Atualmente o sistema GPS civil permite uma exatidão entre os 3,5 m e os 7,8 m (o sistema militar usa duas frequências de emisão o que permite reduzir efeitos de interferência atmosférica), mas com a combinação com outros métodos a exatidão pode chegar ao nível do centímetros.

GPS

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