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Como funciona o GPS?

Entenda como funciona esta poderosa ferramenta e qual destino ela poderá ter.

Se você já esteve perdido em uma cidade desconhecida, sabe que a sensação não é das melhores. Com a chegada dos aparelhos GPS, viajar para cidades e países que você nunca esteve antes deixou de ser um problema, e passou a ser diversão.

Estes aparelhos vêm conquistando cada vez mais as pessoas, independente da área em que trabalham. Os taxistas são, talvez, os que mais se beneficiaram com a criação e a popularização do GPS. Utilizando os mapas de uma cidade, é possível chegar a qualquer endereço, sem precisar conhecer os lugares como a palma da mão.

Se você nunca usou um destes aparelhos, já deve ter ouvido falar neles. O funcionamento de um aparelho de GPS é muito interessante de ser estudado, e também complexo. Alguém aí já parou para pensar em como um dispositivo tão pequeno quanto um receptor GPS consegue determinar qual a sua localização na Terra? Não?! Então que tal aprender agora?!

O que faz um GPS?

O GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamento Global) é um aparelho que teve sua origem no Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Sua função é a de identificar a localização de um aparelho chamado de receptor GPS.

Os aparelhos receptores, por sua vez, têm a função de enviar um sinal para os satélites. Assim, fazendo alguns cálculos, os quais você poderá visualizar mais abaixo, o receptor GPS consegue determinar qual a sua posição e, com a ajuda de alguns mapas de cidades, indicar quais caminhos você pode percorrer para chegar ao local desejado.

Componentes necessários

Para que os GPS funcionem corretamente, faz-se necessário o uso de três componentes, chamados de: espacial, de controle e o utilizador. O espacial é composto de vinte e sete satélites que se encontram em órbita. Vinte e quatro deles estão ativos e três são os “reservas”, que entram em operação caso ocorra algum falha com um dos satélites principais.

A disposição destes satélites em órbita garante que sempre haja pelo menos quatro deles disponíveis em qualquer lugar do planeta. Assim, sempre que você e uma pessoa que mora no Japão estiverem usando o GPS, com certeza irão conseguir utilizar o aparelho sem problema.

O segundo componente, de controle, nada mais é do que estações de controle dos satélites. Ao todo são cinco estações espalhadas pelo globo terrestre. A função principal delas é atualizar a posição atual dos satélites e sincronizar o relógio atômico presente em cada um dos satélites.

O último componente, mas não menos importante, é o receptor GPS, e este é o único dos três que nós, usuários, devemos adquirir a fim de utilizar esta maravilha da tecnologia. Um receptor GPS nada mais é do que um aparelho que mostra sua posição, hora e outros recursos que variam de aparelho para aparelho.

O funcionamento do sistema GPS envolve alguns cálculos bem complexos, mas apenas um deles é realmente importante para este artigo. Trata-se do cálculo feito pelo receptor a fim de calcular a posição em que você está.

Como o GPS sabe onde estou?

Os satélites, assim como os receptores GPS, possuem um relógio interno, o qual marca a hora com uma precisão de nanosegundos. Quando o sinal é emitido, também é enviado o horário que ele “saiu” do satélite.

Este sinal nada mais é do que sinais de rádio, que viajam na velocidade da luz (300 mil quilômetros por segundo, no vácuo). Cronometrando quanto tempo este sinal demorou para chegar, o receptor consegue calcular sua distância do satélite. Como a posição dos satélites é atualizada constantemente, é possível, por meio destes cálculos, determinar qual a sua posição exata.

A triangulação

Agora que você já sabe como a distância até um satélite é calculada, vai ficar mais fácil entender como o satélite utiliza esta informação para determinar sua localização com uma boa precisão (erro de apenas 20 metros).

Os GPS usam o sistema de triangulação para determinar a localização de um receptor em terra. Por exemplo, quando você está meio perdido, e pergunta para alguém “Onde estou?”. A resposta da pessoa pode ser do tipo “Ah, você está a 10 quilômetros da cidade X”. Claro que você pode estar a 10 quilômetros em qualquer direção da cidade. Então, é possível traçar um círculo para determinar a possível área em que você se encontra.

O mesmo pode ser feitos com outros pontos de referência (no nosso caso, Y e Z) e assim fazer a triangulação dos pontos para determinar exatamente a sua posição. O sistema de GPS funciona da mesma forma. Este princípio é chamado de trilateração.

Um quarto satélite é necessário para determinar a altitude em que você se encontra. O princípio do cálculo é o mesmo, mas envolve alguns números e fórmulas extras por tratar-se de um espaço tridimensional.

Depois de muito tempo em órbita, é normal que os satélites comecem a apresentar defeitos e fiquem ultrapassados, tecnologicamente falando. Este problema está começando a afetar o funcionamento dos satélites responsáveis pelo sinal GPS. Estima-se que até o ano de 2010, a confiabilidade do sinal caia para noventa e cinco por cento, um fato inédito na história do GPS.

As “sucatas” que orbitam a Terra também vêm se mostrando verdadeiros inimigos dos satélites funcionais. A colisão entre o lixo espacial que está na órbita terrestre e satélites está sendo cada vez mais frequente.

Há um projeto para o lançamento de novos satélites, a fim de substituir os atuais. Mas, tal projeto encontra-se atrasado em três anos, e não há indícios de que venha a acontecer logo. Por isso, os países da Europa se uniram e já estão construindo seu próprio sistema GPS, batizado de Galileo, com previsão para entrar em funcionamento até o ano de 2013.

A Rússia também está com um projeto alternativo aos satélites americanos. É o Glonass, que ainda não tem previsão para entrar em funcionamento, mas que promete maior confiabilidade do que o sistema GPS atual.

Nenhum dos dois sistemas alternativos mencionou preço para o uso dos satélites, ou se irão deixar o serviço à disposição de todos, como ocorre atualmente. Agora é esperar para ver.

Fonte: Tecmundo