O que é GPS?
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de navegação baseado em satélite, composto de uma rede de 24 satélites colocada em órbita pelo Departamento Norte-Americano de Defesa.

O GPS foi originalmente planejado para aplicações militares mas, nos anos oitenta, o governo fez o sistema disponível para uso civil. O GPS trabalha em qualquer condição de tempo, em qualquer lugar no mundo, 24 horas por dia, e não é cobrada nenhuma taxa para usá-lo.

Como Funciona
Satélites de GPS circundam a terra duas vezes por dia, em uma órbita muito precisa, transmitindo informações precisas para a Terra. Receptores de GPS captam informação e, por triangulação de uso, calculam o local exato do usuário.

Essencialmente, o receptor de GPS compara o tempo em que um sinal foi transmitido por um satélite, com o tempo que foi recebido. A diferença de tempo é transmitida para o receptor de GPS, o quão longe o satélite está. Com medidas de distância de mais alguns satélites, o receptor pode determinar a posição do usuário e pode exibir isto no mapa eletrônico da unidade.

Um receptor de GPS deve receber um sinal de pelo menos três satélites, para calcular uma posição 2D (latitude e longitude) e movimento de rastro. Com quatro ou mais satélites visíveis, o receptor pode determinar a posição 3D do usuário (latitude, longitude e altitude). Uma vez que a posição do usuário foi determinada, a unidade de GPS pode calcular outras informações, como: velocidade, proa, rastro, distância de viagem, distância ao destino, tempo de viagem, nascer e pôr-do-sol e muito mais.

Qual é a precisão de um GPS?
Os receptores de GPS de hoje são extremamente precisos, graças ao design de multi-canais paralelos. O receptor de 12 canais paralelos é rápido para localizar os satélites. Após a aquisição dos satélites, os sinais são mantidos até mesmo em mata densa ou locais urbanos, com edifícios altos.

Certos fatores atmosféricos e outras fontes de erro podem afetar a precisão de receptores de GPS. Os receptores de GPS são precisos numa faixa de 15 metros em média.

Os receptores de GPS mais modernos vêm equipados com WAAS (Sistema de Aumento de Ampliação de Área), que tem a capacidade de melhorar a precisão, a menos de três metros em média. Não é exigido nenhum equipamento adicional ou pagamento de taxas para utilização do WAAS. Os usuários também podem melhorar a precisão com o GPS Diferencial (DGPS), que corrige os sinais de GPS para uma média de três a cinco metros. A Guarda Costeira norte-americana, opera comumente com DGPS. Este sistema consiste em uma rede de torres que recebem os sinais de GPS e transmitem os sinais corrigidos, através de transmissores de rádio. Para adquirir o sinal corrigido, os usuários têm que ter um receptor DGPS, além do GPS convencional.

O sistema de satélite do GPS
Os 24 satélites no espaço que compõem o segmento GPS, estão na órbita da Terra a aproximadamente 12.000 milhas sobre nós. Eles estão se movendo constantemente, fazendo duas órbitas completas em menos de 24 horas. Estes satélites viajam à velocidades de aproximadamente 7.000 milhas por hora.

Satélites de GPS são alimentados por energia solar. Eles têm baterias de back-up para os manter funcionando no caso de um eclipse solar, ou quando não houver sol. Pequenos propulsores de foguete em cada satélite os mantêm voando no caminho correto.

Fatos interessantes sobre os satélites de GPS (também chamados de NAVSTAR, pelo Departamento de Defesa Norte-Americano, nome oficial dado ao GPS):
O primeiro satélite de GPS foi lançado em 1978.
Uma constelação de 24 satélites foi alcançada em 1994.
Cada satélite é construído para durar aproximadamente 10 anos. Constantemente estão sendo construídas substituições e lançadas em órbita.
Um satélite de GPS pesa aproximadamente 2.000 libras e mede aproximadamente 17 pés com os painéis solares estendidos.
O poder do transmissor é de só 50 watts ou menos.

O que é o sinal?
Satélites de GPS transmitem dois sinais de rádio de baixa freqüência denominados L1 e L2. GPS de uso civil usa a freqüência L1 de 1575.42 MHz na faixa de UHF. Os sinais viajam por linha de visada; o que significa que eles atravessam nuvens, vidros e plástico mas não passarão pela maioria dos objetos sólidos como edifícios e montanhas. Um sinal de GPS contém três diferentes dados de informação - um código de pseudorandom, dados de ephemeris e dados de almanaque.

O código de pseudorandom é simplesmente um código de RG que identifica qual satélite está transmitindo informação. Você pode ver este número em seu GPS, na página de satélite que identifica quais satélites está recebendo.

Dados de ephemeris que constantemente são transmitidos por cada satélite, contém informações importantes sobre o estado do satélite (forte ou fraco), data atual e tempo. Este dado do sinal é essencial para determinar uma posição.

Os dados de almanaque transmitem para o receptor de GPS, onde cada satélite de GPS deve estar, a qualquer hora ao longo do dia. Cada satélite transmite dados de almanaque, que mostram a informação orbital, para aquele satélite e para todos os outros satélites no sistema.

Fontes de erro de GPS
Fatores que podem degradar os sinais de GPS e assim afetar a sua precisão:

Atraso na Ionosfera e Troposfera: o sinal de satélite reduz a velocidade quando atravessa a atmosfera. O GPS usa um padrão de sistema embutido, que calcula parcialmente o tempo comum de demora, para corrigir este tipo de erro.
Sinal Multipath: isto ocorre quando o sinal de GPS é refletido em objetos; como edifícios altos ou superfícies com pedras grandes, antes de localizar o receptor. Isto aumenta o tempo de viagem do sinal, causando erros.
Erros no receptor de relógio: o relógio embutido de um receptor não é tão preciso quanto o relógio atômico dos satélites de GPS. Então, podem haver erros de cronometragem muito leves.
Erros orbitais: também conhecido como erros de ephemeris, são inexatidões do local informado do satélite.
Número de satélites visíveis: quanto maior o número de satélites que um receptor de GPS puder captar, tanto melhor será a precisão. Edifícios, terrenos, interferência eletrônica, ou às vezes até mesmo folhagem densa, podem bloquear notoriamente a recepção causando erros de posição ou possivelmente nenhuma leitura de posição. Tipicamente, unidades de GPS não funcionarão em lugar fechado, subaquático ou subterrâneo.
Sombreamento Geométrico de Satélite: isto ocorre em posição relativa dos satélites, a qualquer momento. A Geometria ideal do satélite some, quando os satélites ficarem situados a grandes ângulos, relativos de um para o outro. Geometria pobre resulta, quando os satélites ficarem situados em uma mesma linha ou em um agrupamento apertado.
Degradação intencional do sinal de satélite: Disponibilidade Seletiva (SA) é a degradação intencional do sinal imposta pelo Departamento de Defesa Norte-Americano. Era pretendido que o SA impedisse os adversários militares de usar os sinais altamente precisos de GPS. O governo americano retirou o SA em maio de 2000, o que melhorou significativamente, a precisão dos receptores de GPS civil.

Fonte: Gps Center