[O que é GPS?]
GPS é um sistema de rádio navegação, baseado em satélite, desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América.
O GPS permite a usuários terrestres, marítimos ou aeronáutico determinar sua posição tridimensional, velocidade e horário, 24 horas por dia, sob qualquer condição climática e em qualquer local do mundo; com uma precisão e acurácia muito melhor do que qualquer outro sistema de rádio navegação disponível hoje ou em futuro próximo.
O GPS consiste de três componentes:
Componente Espacial: Consiste de 24 satélites operacionais em 6 órbitas circulares à 20.200 km acima da terra com um angulo de inclinação de 55 graus e um período de 12 horas. Os satélites estão em órbitas espaçadas de tal forma que em qualquer momento, pelo menos 6 satélites estarão visíveis ao usuário, em qualquer lugar do mundo. Os satélites transmitem continuamente ondas de rádio com informações sobre posição e horário para usuários em qualquer lugar do mundo.
Componente de Controle: Consiste da estação de controle mestre situada em Colorado Springs (EUA) com 5 estações de monitoramento e três antenas de solo, localizadas ao redor do mundo. As estações de monitoramento trilham todos os satélites GPS visíveis e coletam informações sobre a distância das transmissões de rádio feitas pelo satélite. As estações de monitoramento enviam as informações coletadas de cada um dos satélites de volta para a estação de controle mestre, que calcula com extrema precisão a órbita dos satélites. As informações são então formatadas e enviadas como mensagens de navegação atualizadas para cada um dos satélites. As mensagens de navegação atualizadas são enviadas para cada satélite através das antenas de solo, que ainda transmitem e recebem o controle do satélite e sinais de monitoramento.
Componente do usuário: Consiste dos receptores, processadores e antenas que permitem a operadores de GPS, terrestres, marítimos ou aeronáuticos receberem as transmissões de rádio a partir dos satélites e assim calcular com precisão sua posição, velocidade e horário.
O conceito da operação GPS é baseado na distância do satélite. O usuário determina sua posição na terra medindo a distância que se encontra do grupo de satélites no espaço. Os satélites atuam como pontos precisos de referência.
Cada satélite GPS transmite um sinal acurado de posição e horário. O receptor do usuário mede o tempo que o sinal demora para atingir o receptor; que é a medida direta da distância exata em relação ao satélite. Medidas coletadas simultaneamente de 4 satélites são processadas para determinar as 3 dimensões de posição, a velocidade e o horário.

[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. 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.
O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus almanaques acurados. Cada satélite tem códigos P e CA únicos, e o receptor pode distinguí-los. Os códigos P são mais complexos que os CA, e somente usuários militares podem reconhecê-los, pois seus receptores têm o valor para comparação na memória. Receptores civis medem os lapsos de tempo entre a recepção dos sinais codificados em CA. O conceito da rádio-navegação depende inteiramente da transmissão simultânea de rádio-sinais. O controle de terra interfere fazendo com que alguns satélites enviem seus sinais CA ligeiramente antes ou depois dos outros. A interferência deliberada introduzida pelo Departamento de Defesa dos EUA é a fonte da Disponibilidade Seletiva - Selective Availability (AS). Os civis desconhecem o valor do erro, que é alterado aleatoriamente e está entre 15 e 100 metros. Os receptores militares não são afetados. 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. Receptores civis não podem corrigir a interferência ionosférica porque os códigos CA são gerados apenas na freqüência L1 ( l575,42 MHz ). Existem receptores específicos, conhecidos com não-codificados, que são super acurados. Como desconhecem os valores do código P, obtém sua precisão usando técnicas especiais de processamento. Eles recebem e processam o código P por um número de dias e podem obter uma posição fixa com precisão de 10 mm. É ótimo para levantamento topográfico. Os sinais gerados pelos satélites contém um "código de identidade", dados efêmeros (de status) e dados do almanaque. O código de identidade (Pseudo-Random Code - PRN ) identifica qual satélite está transmitindo. Nos referimos aos satélites pelos seus PRN, de 1 a 32, e este é o número mostrado no receptor para indicar qual(is) satélite(s) estamos recebendo. Os dados efêmeros (de status) são constantemente transmitidos e contém informações de status do satélite (operacional ou não), hora, dia, mês e ano. Os 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, que inculpe Lat/Long/Altitude. Pelo processamento contínuo de sua posição, um receptor pode também determinar velocidade e direção do deslocamento.

Sistema de Posicionamento Global é um sistema de navegação que compreende uma rede de 24 satélites colocados em órbita pelo Departamento de Defesa dos EUA. Concebido para fins militares, o governo americano disponibilizou o sistema para uso civil na década de 1980. O GPS funciona em qualquer condição de tempo, em qualquer lugar do mundo, 24 horas por dia, sem taxas de assinatura ou outro tipo de pagamento para sua utilização.

Os 24 satélites que fazem parte do segmento do espaço (o segmento em terra compreendem os usuários e seus receptores) orbitam a aproximadamente 12.000 milhas de altitude, mais de 19.300 km.

Os satélites GPS funcionam com energia solar. Possuem baterias de segurança para mantê-los em funcionamento no caso de um eclipse solar. Pequenos foguetes em cada satélite os mantém percorrendo seu curso correto.

Estão constantemente percorrendo duas órbitas completas em menos de 24 horas. Estes satélites viajam a uma velocidade de, aproximadamente, 7.000 milhas/h, mais de 11.200 km/h, transmitindo informações.

Os receptores GPS usam essas informações e a triangulação para calcular a posição exata do usuário.

O receptor em terra compara o tempo em que um sinal leva para ser transmitido pelo satélite e chegar até ele.

A diferença de tempo entre a transmissão pelo satélite e a recepção mostram ao receptor a distância em que este satélite se encontra.

Com a medida da distância de alguns outros satélites, o receptor pode determinar a posição do usuário e mostrá-lo num mapa eletrônico.

O receptor GPS deve garantir a recepção contínua de sinais de pelo menos três satélites para calcular uma posição 2D (duas dimensões: latitude e longitude) e registrar o percurso.

Com quatro satélites ou mais, o receptor pode determinar a posição em 3D do usuário (latitude, longitude e altitude).

Uma vez que a posição do usuário tenha sido determinada, o receptor GPS pode calcular outras informações importantes para navegação, como velocidade, rumo, direção, distância do percurso, distância ao destino ou a hora de nascer e pôr-do-sol.

• Os satélites GPS também são chamados NAVSTAR, o nome oficial dado pelo Departamento de Defesa dos EUA para o Sistema de Posicionamento Global.

• Cada satélite é construído para durar aproximadamente 10 anos. Satélites substitutos estão constantemente sendo construídos e colocados em órbita.

• Um satélite GPS pesa aproximadamente 900 kg e tem 5 metros de extensão com os painéis solares estendidos.

Os receptores GPS são muito precisos por serem fabricados com multi-canais paralelos. Os receptores são rápidos na aquisição de sinais de satélite quando são ligados e se mantém "travados" mesmo numa floresta densa ou numa paisagem urbana com prédios altos.

Os satélites GPS transmitem dois sinais de rádio de baixa potência, designados L1 e L2.

Os receptores GPS civis usam a freqüência L1 de 1575,42 Mhz em UHF. Estes sinais viajam até a Terra passando através de nuvens, vidro e plástico mas não atravessam barreiras sólidas, como prédios e montanhas.

Um sinal GPS contém 3 diferentes bits de informação: um código pseudo-aleatório, dados de efeméride e dados de almanaque. O código pseudo-aleatório é simplesmente um código de identificação que mostra qual satélite está transmitindo a informação. É possível ver este código (um número de dois dígitos) na página de satélite de seu receptor GPS, a medida que identifica de que satélite está recebendo um sinal.

Os dados de efeméride, os quais são constantemente transmitidos por cada satélite, contém informações importantes sobre a situação de cada um deles (boa ou ruim) e também a data e hora atuais. Esta parte do sinal é essencial para determinação de uma posição.

Os dados de almanaque informam ao receptor GPS onde cada satélite deveria estar em qualquer hora ao longo do dia. Cada satélite transmite dados de almanaque, enviando informações sobre sua órbita para cada satélite do sistema.

Os fatores que podem degradar os sinais GPS e afetar sua precisão são os seguintes:

Atrasos na ionosfera e troposfera: Os sinais dos satélites diminuem de intensidade à medida que atravessam a atmosfera. No entanto, o sistema é capaz de calcular uma média do atraso para corrigir parcialmente esse tipo de erro.

Sinal com caminhos múltiplos: Isto ocorre quando o sinal GPS é refletido por objetos como prédios altos ou montanhas, antes de alcançarem o receptor. Isto aumenta o tempo que o sinal leva do satélite até o receptor, causando erros.

Erros do relógio do receptor: O relógio interno do receptor não é tão preciso quanto o relógio atômico dos satélites GPS. Assim, podem ocorrer pequenos erros na medição do tempo.

Erros de órbita: Também conhecidos como erros de efeméride, os erros de órbita representam erros nas informações das posições dos satélites.

Número de satélites visíveis: Quanto mais satélites um receptor GPS puder enxergar no céu, melhor a precisão. Prédios, terrenos, interferências eletrônicas ou uma cobertura densa de uma floresta, por exemplo, podem bloquear a recepção do sinal, causando erros de posição ou possivelmente nenhuma leitura de posição no receptor. As unidades GPS geralmente não funcionam dentro de casas ou outras coberturas, debaixo d'água ou da terra.

Geometria dos satélites:Isto se refere à posição relativa dos satélites a qualquer hora. A geometria ideal dos satélites á alcançada quando estão localizados em grandes ângulos em relação a outros satélites. Uma geometria ruim de satélites ocorre quando estão alinhados em linha reta ou num grupo muito unido.

Degradação intencional dos sinais dos satélites: A disponibilidade seletiva (SA - Selective Availability) é uma degradação intencional do sinal imposta pelo Departamento de Defesa americano. A disponibilidade seletiva foi criada para evitar que inimigos militares dos EUA usem um sinal GPS de alta precisão. O governo americano desabilitou o sistema que provocava a degradação intencional em maio de 2000, o que aumentou significativamente a precisão dos receptores GPS civis.