Precisão do GPS

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PELOTAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
5º SEMESTRE
LUCAS REIS
PRECISÃO DO GPS
PELOTAS/RS
2019
LUCAS REIS
PRECISÃO DO GPS
Trabalho apresentado à disciplina de Topografia e Geoprocessamento II, do curso de Engenharia Civil da Universidade Católica de Pelotas, ao professor Engenheiro João Manuel Duarte Rodrigues.
PELOTAS/RS
2019
Lista de Figuras
Figura 1 - Trajetória do voo Korean Airlines 007	7
Figura 2 - GPS de uso civil, agricultura de precisão.	8
Figura 3 - GPS de uso militar, míssil lançado de navio militar.	9
Figura 4 - GPS integrado ao veículo	10
Figura 5 - Triangulação dos Satélites.	11
Figura 6 - Modelo de receptores de GPS.	12
Introdução
Desde os primeiros registros, o homem pré-histórico é descrito como portador de memória e inteligência, sua localização se originava de memorizar árvores, objetos, caminhos, buscas por alimentos e abrigos. Com o passar do tempo técnicas e instrumentos foram sendo desenvolvidos de acordo com o avanço da ciência.
História por trás da precisão do GPS
No dia 23 de agosto de 1499, o navegador italiano Américo Vespúcio acreditava estar navegando pelas costas das Índias, baseado nos relatos de seu colega e patrício Cristóvão Colombo. Levava a bordo de sua caravela um Almanaque - livro que lista as posições e os eventos relacionados aos corpos celestes - que previa o alinhamento da Lua com Marte para a meia-noite daquele dia. Vespúcio esperou até quase o amanhecer para observá-lo. Sabendo que a referência dos dados contidos no Almanaque era a cidade de Ferrara, na Itália, avaliou a diferença de tempo entre as duas observações e, com o valor do diâmetro da Terra já conhecido, pôde calcular a que distância se encontrava de Ferrara - sua longitude. Concluiu que não poderia estar nas costas das Índias e afirmou categoricamente que Colombo havia descoberto um novo continente. Foi a primeira pessoa a saber a verdade sobre o Novo Mundo. O nome América foi escolhido em sua homenagem.
O grande impulso se deu durante a II Guerra Mundial, com os avanços em vários ramos da ciência, dentre eles, a eletrônica, que passou a servir de base para a instrumentação de sistemas de posicionamento para navegação marítima. Mais tarde, durante a Guerra Fria, foram realizados enormes investimentos financeiros e científicos por parte da antiga União Soviética e Estados Unidos com o intuito de facilitar a troca de informações ao redor do mundo.
No ano de 1957, a União Soviética lançou o primeiro satélite artificial da história, fato que deu início aos primeiros estudos sobre o uso de satélites na localização de pontos sobre a superfície terrestre. Meses depois foi a vez dos Estados Unidos lançarem seu primeiro satélite, iniciando então uma corrida espacial.
A Corrida Espacial tinha como objetivo o lançamento de satélites para a obtenção de informações e avanços na comunicação, pois a tensão decorrente do conflito diplomático entre as duas grandes potências motivava ambas as potências a prever ações militares inimigas e monitorar o território. 
Com o risco iminente o governo americano além de investir em sistemas de posicionamento para navegação marítima, passou a investir em um sistema de posicionamento global por satélites. Foi criado o projeto NAVSTAR, desenvolvido em 1960 pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Tal projeto resultou em um sistema capaz de oferecer diversas informações sobre qualquer parte do planeta, como localização e clima, a qualquer hora do dia, algo que era de extrema importância em eventuais conflitos militares ou operações de guerra. 
A Agência Espacial Americana (NASA) juntamente com o Departamento de Defesa, Comércio, Transportes e Administração de Transportes criaram o DNSS (Defense Navigation System), estabelecendo normas para a liberação do sinal dos satélites para uso civil em 1967, que antes, era restrito apenas às forças armadas, mas agora, era possível utilizar os satélites para comunicação, transferência de dados e controle de tráfego. 
Em 1983, quando um avião civil da Korean Air Lines foi derrubado ao entrar no espaço aéreo soviético, matando 269 passageiros. Devido a este incidente, Ronald Reagan (ex-presidente americano) anunciou que o sistema GPS se tornaria livre para uso civil com algumas condições, uma vez que se concluiu que este incidente poderia ser evitado se tal sistema estivesse disponível para uso civil. 
Figura 1 - Trajetória do voo Korean Airlines 007
Assim, o sinal de GPS foi liberado com as seguintes condições:
SPS (Standard Positioning Service – Sistema de Posicionamento Padrão): é o sinal de GPS disponível para uso civil que sofreu processo de criptografia dos sinais, proporcionando uma capacidade de acurácia de 95% dentro de 100 metros na vertical e 140 metros na horizontal.
PPS (Precise Positioning Service – Serviço de Posicionamento Preciso): o sinal de GPS seria restrito aos usuários autorizados e ao uso militar, com precisão de 10 a 15 metros.
Após vários ajustes e correções, o sistema foi declarado totalmente operacional em 1995.
Em maio de 2000, o presidente Bill Clinton ordenou que a disponibilidade seletiva fosse encerrada. Assim, no dia 01 de maio deste mesmo ano o sinal de GPS ficaria aberto a qualquer usuário, pois beneficiaria os civis, militares e também para fins comerciais. Constantemente, os sinais de GPS são atualizados e corrigidos, visando melhorias e benefícios aos usuários. 
Figura 2 - GPS de uso civil, agricultura de precisão.
Figura 3 - GPS de uso militar, míssil lançado de navio militar.
GPS (Global Positioning System)
GPS é a sigla para Global Positioning System, que em português significa “Sistema de Posicionamento Global”, e consiste numa tecnologia de localização por satélite.
O GPS é um sistema de navegação por satélite a partir de um dispositivo móvel, que envia informações sobre a posição de algo em qualquer horário e em qualquer condição climática.
Originalmente, o GPS foi criado em 1973 para facilitar os sistemas de navegação. Atualmente, existem dois tipos de sistemas de navegação por satélite: o GPS americano, que inicialmente era apenas de uso militar (e hoje os cidadãos já tem acesso) e o GLONASS russo.
Hoje em dia, o GPS é usado nos mais diversos aspectos da vida cotidiana das pessoas, seja como um direcionamento de navegação (na aviação, marítima ou de automóveis) ou para encontrar uma localização específica no mapa.
O GPS tem a principal função de encontrar o caminho para um determinado local, saber a velocidade e a direção do seu deslocamento. Atualmente, este sistema é muito utilizado em automóveis, com um sistema de mapas que facilita bastante o descobrimento de trajetos mais rápidos entre dois pontos, por exemplo.
Figura 4 - GPS integrado ao veículo
Administração do GPS
A infraestrutura do Sistema GPS é administrada em 3 segmentos, que são eles:
Segmento Espacial;
Segmento de Controle;
Segmento do Usuário.
Os dados captados são enviados a uma estação de monitoramento na superfície terrestre, onde é calculada a distância entre o ponto (receptor GPS) e outros 4 satélites, no mínimo, através do processo de triangulação determina-se a localização do usuário, informando a latitude, longitude e altitude dentro de um sistema de referência. 
Segmento Espacial - É constituído por 32 satélites, divididos em 6 planos orbitais. Além destes, há outros 4 satélites desativados, que podem ser reativados se necessário. Suas órbitas duram 11 horas e 58 minutos, para realizar a “varredura” de um mesmo ponto pelo menos 2 vezes por dia. 
Figura 5 - Triangulação dos Satélites.
Segmento de Controle - Consiste em uma rede global de instalações terrestres que rastreiam os GPSs, monitorando suas transmissões, realizando análises e enviando comandos ou dados para a constelação.Atualmente, essas instalações são compostas por:
Master Control Station – Estação de Controle Mestre
Alternate Master Control Station – Estação Alternativa de Controle Mestre
Ground Antena – 12 Comandos e Antenas de Controle
NGA Monitor Station – 16 Locais de Monitoramento
A Master Control Sistem (MCS) no Cololado, EUA, é responsável por executar as funções primárias dos Satélites (na Estação de Controle Mestre), recebendo e enviando informações para calcular e corrigir o posicionamento dos satélites americanos. Em caso de algum defeito nos satélites, a MCS, comandada pelo 2º Esquadrão de Operações Espaciais (2SOPS) vai reposicionar e reparar eventuais danos, mantendo assim, a constelação ideal para a utilização.
As Antenas de Controle são responsáveis em transmitir e captar os dados de qualquer satélite.
Os Locais de Monitoramento rastreiam a posição dos satélites, recolhendo dados atmosféricos, medições e sinais de navegação para, assim, encaminhar essas informações aos satélites que, por sua vez, as repassam aos receptores GPS.
Segmento do Usuário - Corresponde ao uso do aparelho móvel capaz de determinar a posição com latitude, longitude e altitude de um ponto na superfície terrestre.
Figura 6 - Modelo de receptores de GPS.
O receptor calcula a posição em relação a um sistema de referência com precisão ao receber os sinais dos satélites, que emitem ondas eletromagnéticas, e calcula o tempo de transmissão da mensagem. Cada uma das distâncias e localizações define uma esfera, onde o receptor GPS é a base delas.
Conclusão
O GPS com o avanço da tecnologia vem cada mais sendo utilizado de forma a facilitar a vida do ser humano seja num simples ato de se localizar em referência a algum ponto, a se fazer um planejamento em relação a produtividade de uma lavoura, enfim seu uso é extremamente diversificado. Entretanto por questões de segurança ainda hoje existe a diferença entre os aparelhos de uso civis e os militares. 
Referências Bibliográficas.
https://www.oficinadanet.com.br/post/12406-como-funciona-o-gps
http://www.nwm.com.br/tarik/amp/gps.htm
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamento_global
https://www.infoescola.com/cartografia/gps-sistema-de-posicionamento-global/
https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/biologia/gps-(sistema-de-posicionamento-global)/46302