GLONASS Sistema idêntico ao GPS, mas projetado e lançado pela Rússia.

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1 Sumário UNIDADE TEMÁTICA 1 Movimentos na Terra e no Espaço Viagens com GPS Funcionamento e aplicações do GPS. Descrição de movimentos. Posição coordenadas geográficas e cartesianas. APSA GPS e Coordenadas geográficas Que significa GPS? Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global) Este sistema pertence aos Militares dos EUA GLONASS Sistema idêntico ao GPS, mas projetado e lançado pela Rússia. GALILEO Sistema idêntico ao GPS, mas projetado e ainda em fase de lançamento pela UE. 1

2 O Sistema de Posicionamento Global (GPS) - é um sistema de navegação constituído por três segmentos: Segmento espacial Controlo terrestre utilizadores Segmento espacial satélites É constituído por 24 satélites artificiais Cada satélite dista cerca de Km da superfície da Terra Cada satélite GPS demora 12h a dar uma volta completa à Terra Cada satélite tem a bordo relógios atómicos altamente precisos Há sempre, pelo menos 4 satélites a enviar sinais para qualquer lugar do planeta Os sinais propagam-se por ondas de rádio Os satélites emitem em intervalos de 1 milissegundo 2

3 O sistema GPS entrou em funcionamento em A constelação de satélites utilizados pelo sistema ficou concluída em O sistema representado foi projetado de forma que em qualquer lugar do mundo e a qualquer momento existam pelo menos quatro satélites acima do plano horizontal do observador. Segmento de controlo Cinco estações de rastreio Quatro antenas terrestres Central principal (em Colorado base da força aérea Norte Americana) Faz a correção das orbitas dos satélites, devido à atração do Sol e da Lua Analisa as condições atmosféricas que induzem erros no sistema 3

4 Segmento de Utilizadores - corresponde ao uso dos recetores ( vulgarmente chamados GPS) Os recetores recebem sinais de 4 satélites e fornecem informação: - Coordenadas - Valores da Velocidade Média - Cronometragem do tempo 4

5 O sistema GPS baseia-se no sistema de triangulação para determinar a posição, sendo necessário no mínimo 3 satélites. O recetor mede a distância ao satélite 1 d = c x t c = 3,0 x 10 8 m/s O recetor pode estar em qualquer ponto da circunferência centrada no satélite. O recetor mede a distância ao satélite 2 As circunferências centradas nos satélites 1 e 2 intersectam-se em dois pontos. A posição do recetor poderá ser um desses pontos. 5

6 O recetor mede a distância ao satélite 3 A posição do recetor está na intersecção das circunferências centradas nos 3 satélites. 6

7 Os sinais emitidos por três satélites são suficientes para que um recetor calcule a sua posição. O recetor em Terra compara o tempo que um sinal leva para ser transmitido pelo satélite e chegar até ele. A diferença de tempo entre a transmissão feita pelo satélite e a receção mostram ao recetor a distância a que este satélite se encontra. d = c x t É necessário um 4º satélite para sincronizar os relógios atómicos dos satélites e os cronómetros de quartzo menos precisos do recetor. A posição dos satélites do sistema GPS deve ser conhecida com grande exatidão. Basta que haja um desvio de 10-6 s entre os relógios de dois satélites, para que a posição de um ponto à superfície da Terra seja afetada pela incerteza de 300 m. Se o desvio for de 1 ms (10-3 s), a incerteza passa a ser de 300 km (!). 7

8 A medida do tempo RELÓGIO ATÓMICO baseia-se na frequência de micro-ondas emitidas pelos átomos de césio 133 durante a desexcitação. As medições podem ser afetadas de um desvio de 10-4 ms/dia. (muito preciso). O SEGUNDO (s) é a unidade S.I. de tempo - é definido como a duração de oscilações atómicas correspondentes á radiação emitida pelos átomos de césio 133. A medida do tempo RELÓGIO DE QUARTZO funciona com base na oscilação dos átomos de silício dos cristais de quartzo. As medições podem ser afetadas de um desvio de 0,1 ms/dia (impreciso). RELÓGIO MECÂNICO funcionam com base no movimentos de pêndulos ou de uma mola em espiral. A incerteza destes relógios é na ordem dos 100 ms/dia (muito impreciso). 8

9 A medida do tempo As principais aplicações do GPS 9

10 Fontes de erro no GPS Degradação intencional do sinal de satélite Erro do relógio do satélite Atrasos atmosféricos Erros orbitais Propagação multi-percurso (multipath) (Isto ocorre quando o sinal de GPS é refletido em objetos; como edifícios altos ou superfícies com pedras grandes, antes de localizar o recetor.) Nº de satélites visíveis Escolha da localização dos satélites Ruído do recetor Curiosidades sobre os satélites O primeiro satélite de GPS foi lançado em Fevereiro de Cada satélite pesa aproximadamente de kg e mede 8 m de comprimento com os painéis solares estendidos. Cada satélite transmite em 3 frequências. A frequência militar, por segurança não é divulgada. A vida útil de cada satélite é de 10 anos. O GPS funciona com qualquer condição de tempo. Cada satélite transmite seu número de identificação, a sua posição e hora certa. O satélite funciona com energia solar. 10

11 Para descrever o movimento de um corpo, é necessário conhecer a sua posição em cada instante, a direção, o sentido e a rapidez com que se efetua. Relativamente à posição vamos estudar dois sistemas de referência que determinam as coordenadas geográficas e as coordenadas cartesianas. : - latitude - longitude - altitude LATITUDE É o arco de meridiano ou o valor do ângulo ao centro da Terra, expresso em graus, medido entre o paralelo que passa pelo local considerado e o Equador. Os valores da latitude variam entre 0º e 90º. Um grau de latitude, corresponde a uma distância de aproximadamente 111 km. 11

12 LONGITUDE É o arco de meridiano ou o valor do ângulo ao centro da Terra, expresso em graus, medido entre o meridiano que passa pelo local considerado e o meridiano de Greenwich. Os valores da longitude variam entre 0º e 180º. 12

13 ALTITUDE É o comprimento do segmento vertical compreendido entre o nível médio das águas do mar e o local considerado. Marco geodésico do pico de São Mamede lugar mais alto de Alentejo 1025 metros. A altitude pode ter valores positivos e negativos. 13

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15 Coordenadas cartesianas Em Matemática e em Física utiliza-se outro sistema de coordenadas tridimensional. Este sistema de coordenadas é chamado de Sistema Cartesiano. Como se indicam as coordenadas num eixo ortonormal (ou cartesiano)? Há duas formas principais de apresentar as coordenadas de um ponto: 1) Coordenadas cartesianas: A (x A, y A, z A ). 2) Vetor de Posição: r x e y e z e M A x A y A z Nem sempre são utilizados os 3 eixos coordenados. Se o movimento for unidimensional é utilizado apenas o eixo x e se for bidimensional utilizam-se os eixos x e y. 15