GPS (Global Positioning System)
Sistema de Posicionamento Global
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Composição
SEGMENTO ESPACIAL
•
O sistema NAVSTAR (sigla
para
Navigation
Satellite
Timing and Ranging) é
constituído por 24 satélites.
Em qualquer ponto da Terra há
sempre 4 satélites visíveis.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Composição
SEGMENTO CONTROLO
As estações de monitorização em Terra (de observação e controlo
dos satélites);
Fazem pequenos ajustes nos dados (posição e tempo) que os satélites
GPS enviam para que a posição determinada pelos receptores seja
sempre a mais precisa possível.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Composição
SEGMENTO DO UTILIZADOR
•
-
-
-
Os receptores de GPS
que permitem:
determinar a posição do
utilizador conhecendo as
suas coordenadas;
Receber e descodificar os
sinais dos satélites;
Trocar dados com outros
receptores e com
computadores;
Obter mapas detalhados
ou mesmo a melhor rota
para um determinado
local.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Funcionamento
O satélite envia um sinal, que é recebido pelo
receptor, através de ondas electromagnéticas.
O receptor determina a
sua distância ao satélite
através da expressão
d v t
com
v  c  3,0 108 m  s -1
GPS – Usa o método geométrico da
triangulação
Após estimada a distância a um satélite,
sabemos que nos encontramos sobre uma
superfície esférica com raio igual à distância
ao satélite.
GPS – método geométrico da triangulação
A intersecção das superfícies esféricas obtidas a
partir da determinação da distância a dois satélites
é uma circunferência, o ponto poderá ser qualquer
um pertencente à referida circunferência.
GPS – método geométrico da triangulação
A intersecção das superfícies esféricas obtidas a partir da
determinação da distância a três satélites reduz-se a dois pontos.
Considerando também a Terra como uma esfera, a intersecção
dos três satélites e da Terra, permitirá reduzir estes dois pontos,
a apenas um.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
RELÓGIOS
Os relógios possuem um mecanismo de produção de oscilações
regulares e outro que conta as oscilações e as converte para uma
unidade de tempo.
Relógios mecânicos, oscilações
de um pêndulo;
Relógios de quartzo, oscilações de
um cristal de quartzo;
Relógios de atómicos, baseiam-se na
frequência das radiações emitidas, ou
absorvidas, por átomos ou moléculas.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Funcionamento
Usa-se então o 4º satélite
para a sincronização dos
relógios dos satélites e dos
receptores GPS.
O receptor de GPS corrige
automaticamente, adicionando
ou subtraindo tempo ao seu
relógio até obter distâncias
aos satélites que se
intersectem num único ponto.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Funcionamento
O receptor sabe agora, não só
a sua localização exacta sobre
a Terra, mas também o tempo
certo por relógios atómicos a
bordo dos satélites.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Aplicações
Os receptores de GPS são utilizados para
navegação nas mais diversas actividades do
Homem.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Aplicações
Os aviões fazem a sua navegação usando
receptores de GPS.
GPS – Sistema de Posicionamento Global
Aplicações
Cada vez mais automóveis
incorporam receptores de GPS.
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Aplicações
- localizar: localização de qualquer ponto da Terra;
- navegar: navegação quer de barcos, quer de aviões;
- conduzir: fornece informação precisa sobre um dado percurso;
- mapear: criação de mapas mais rigorosos;
Posição e Sistemas de Referência
Coordenadas Cartesianas e
Coordenadas Geográficas
Posição
Como podemos definir qual é a posição
de um corpo?
Posição
A pequena distância, falando com outra
pessoa próxima, podemos apontar. Mas
como podemos dizer qual é a posição?
Posição
É necessário um sistema de referência ou referencial.
Pode dizer-se que estão pássaros ali à esquerda da antena,
mas será que uma pessoa que esteja longe deste local
entende onde estão os pássaros?
Coordenadas Geográficas
Para definir a posição de um corpo colocado a uma
distância
muito
grande,
podem
utilizar-se
coordenadas geográficas.
Coordenadas Geográficas
As coordenadas geográficas são:
Latitude – o valor do ângulo ao centro da
terra medido entre o paralelo que passa
pelo local e o equador. (0 a 90º N ou S)
Longitude –o valor do ângulo ao centro da
terra medido entre o meridiano que passa
pelo local e o Meridiano de Greenwich para
Este e para Oeste (0 a 180º E ou W).
Altitude – Medida na vertical a partir do
nível médio das águas do mar.
Longitude
Latitude
Altitude
Coordenadas Geográficas
Quando dois observadores a grande distância falam um com o outro
sobre uma posição que apenas um deles conhece, a forma mais
simples de assinalá-la é utilizando coordenadas geográficas.
Como poderá o navegador indicar pelo rádio a sua posição a uma
pessoa a centenas de quilómetros de distância?
Coordenadas Geográficas
Com as coordenadas geográficas, uma pessoa em
qualquer local da superfície terrestre saberá qual a
posição de um corpo olhando para um mapa.
Coordenadas Cartesianas
Para definir a posição de um corpo colocado a uma
distância relativamente pequena, podem utilizar-se
coordenadas cartesianas.
Coordenadas Cartesianas
René Descartes foi o primeiro a propor o sistema de
coordenadas ortogonais e ortonormadas a que hoje
chamamos coordenadas cartesianas.
Coordenadas Cartesianas
Nas coordenadas
cartesianas, os conceitos
de orientação frentetrás, esquerda-direita e
cima-baixo foram
substituídos pelos três
eixos orientados x, y e z.
O sistema tem uma
origem que é a posição
em relação à qual se
estão a marcar as
coordenadas (x, y, z).
Descrição de um movimento
z
A (xa,ya,za)
x
B (xb,yb,zb)
O movimento do corpo pode
ser
definido
de
várias
formas:
y
Trajectória: é o conjunto de
pontos sucessivos ocupados pelo
corpo, no decurso do tempo.
Descrição de um movimento
Grandezas escalares:
Grandezas vectoriais:
O espaço percorrido: é o
comprimento do percurso
efectuado. É medido sobre a
trajectória, e, representa-se por
s.
Deslocamento: é um vector cuja a
origem é na posição inicial e a
extremidade na posição final, e,
representa-se por r.
z
B (xb,yb,zb)
r
y
A (xa,ya,za)
x
Descrição de um movimento
Grandezas escalares:
Grandezas vectoriais:
Rapidez média: é o espaço
percorrido sobre o intervalo de
tempo.
rm =
velocidade
média:
é
o
deslocamento sobre o intervalo
de tempo.
z
s
r
vm =
t
t
B (xb,yb,zb)
vm
A (xa,ya,za)
x
y
Descrição de um movimento
Grandezas escalares:
Rapidez instantânea: é o
limite para que tende o espaço
percorrido, quando o intervalo
de tempo tende para zero.
r = lim
t
0
s
t
Grandezas vectoriais:
Velocidade instantânea: é o
limite para que tende o vector
deslocamento, quando o intervalo
de tempo tende para zero.
r
v = lim
t
0
t
O vector velocidade instantânea é
um vector tangente a trajectória
e é caracterizado por:
Sentido: o do movimento
Direcção:
trajectória
a
da
tangente
Módulo ou norma: v = r
a