Introdução aos sistemas de posicionamento global
Você já perdeu sua carteira e não conseguiu encontrá-la ou nenhum dos seus pertences que perdeu e não conseguiu rastrear? É aqui que um Sistema de Posicionamento Global pode escapar e fazer você se animar. Hoje, GPS é um termo que não precisa de muita introdução. O GPS tem sido uma grande parte de nossas vidas diárias, desde a pesquisa até a viagem, a localização e o alcance, e desde a localização até o rastreamento e conexão. Desde a sua criação em 1973 nos Estados Unidos pelo Departamento de Defesa dos EUA, o GPS já ocupou um lugar significativo na humanidade e, sem dúvida, provou sua importância para cada um de nós.
GPS, como o próprio nome sugere, Sistema de Posicionamento Global, indica a posição de qualquer objeto globalmente, isto é, em relação a todo esse planeta, o planeta Terra, com a ajuda do sistema de navegação por satélite no qual uma grande quantidade de satélites que estão girando ao redor da Terra é usada para localize um objeto. Ele permite que você saiba onde um objeto específico está exatamente localizado atualmente ou estava localizado no passado, sua velocidade de cada vez, o dia inteiro, independentemente das condições climáticas, em qualquer lugar do mundo.
Inicialmente desenvolvido para uso pelos serviços militares dos Estados Unidos, foi disponibilizado ao público a um custo muito baixo. Hoje, os receptores GPS estão conectados a todos os tipos de produtos comerciais, como telefones celulares, smartphones, relógios, automóveis, bicicletas, etc. De fato, o GPS foi feito tão barato que você pode usá-lo para qualquer objeto minúsculo.
Trabalho de sistemas de posicionamento global (GPS)
O GPS usa o princípio matemático da "trilateração" para determinar a posição de um objeto e é um sistema de mais de 30 satélites que orbitam a Terra.
As entidades envolvidas no funcionamento do GPS são:
- Satélites (o segmento espacial)
- Sistema de controle (operado pelos militares dos EUA)
- Signals
- Receptores de sinais (segmento de usuários - usuários civis e militares com seus dispositivos GPS com antena)
- A posição dos satélites é conhecida pelos sinais que eles transmitem para o receptor.
- Esses sinais são recebidos pelos receptores conectados nos objetos a serem localizados.
- O ponto importante aqui é que são necessários no mínimo 4 satélites para obter a localização exata do receptor na Terra.
- 3 satélites são usados para rastrear o local da localização.
- O quarto satélite é usado para confirmar a localização alvo dos satélites.
- O receptor GPS pega as informações do satélite e usa o método de triangulação para determinar a posição exata do usuário.
Vantagens e desvantagens do GPS
Dada a seguir, são vantagens e desvantagens dos sistemas de posicionamento global:
Vantagens
- Uma ótima ferramenta para usuários militares, civis e comerciais
- Carros sem motorista, sistemas de rastreamento de veículos, sistemas de navegação baseados em GPS nos fornecem instruções passo a passo e direções ponto a ponto
- O GPS tem uma velocidade muito rápida de rastrear um objeto
Desvantagens
- Questões de precisão em áreas urbanas
- Sinais fracos (portanto, pouco uso em água, áreas internas ou áreas densas)
Erros de sistemas de posicionamento global
O GPS envolve satélites, receptores, transmissão de sinal entre satélites e receptores. Portanto, erros podem ocorrer em qualquer uma das três entidades mencionadas acima.
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Erros na propagação do sinal
Como sabemos que os sinais dos satélites GPS que estão orbitando a Terra precisam chegar ao receptor e, para isso, os sinais precisam viajar pela atmosfera da Terra. Primeiramente, os sinais passam pela ionosfera (parte superior da atmosfera), depois pela troposfera (parte mais baixa da atmosfera). Assim, um sinal de GPS é afetado duas vezes pela atmosfera, devido à qual há uma gama de erros de zero a 30 metros nos sinais.
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Erros de satélite
O primeiro erro é o erro de posição do satélite. Como a posição dos satélites é uma previsão calculada a partir das observações anteriores dos satélites pelas estações de controle GPS, as previsões não podem ser feitas com precisão absoluta, as previsões são imprecisas.
Assim, as posições dos satélites contidas na “mensagem de satélite” não são exatas, devido às quais a localização calculada do objeto às vezes é incorreta.
Em segundo lugar, há erros de relógio por satélite. Como os relógios atômicos usados nos satélites não são perfeitos, a medição do tempo de viagem dos sinais para alcançar os receptores e a faixa entre satélite e receptor estão corrompidos.
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Erros que ocorrem no receptor
Quatro erros principais ocorrem na extremidade do receptor ou em sua antena:
1. Erro no relógio do receptor: Um receptor também possui um relógio para comparar com o relógio dentro do satélite para medir o tempo de viagem do sinal. Este relógio possui erros denominados como "erros de relógio do receptor".
2. Ruído de medição : Depende do tipo de “régua” usada para medições de alcance. Sinais de GPS têm 3 réguas
- Código de aquisição grosseira (C / A)
- Código P
- Fase portadora
Essas réguas permitem a precisão de alguns metros, alguns decímetros e alguns milímetros.
3. Erros de caminhos múltiplos: ocorrem devido à reflexão de sinais de prédios ou outros objetos que interferem nos sinais diretos enviados por satélites.
4. Erros de movimento da antena: ocorrem devido ao movimento do ponto de referência elétrico ou do centro de fase da antena enquanto os sinais são recebidos de diferentes direções.
Limitações dos sistemas de posicionamento global
Abaixo estão algumas limitações do GPS:
1. Recepção de sinais
Como o receptor GPS requer recepção contínua de sinais de pelo menos 4 satélites GPS, se houver água, paredes, solo ou outros obstáculos no caminho de deslocamento dos sinais, os sinais não poderão penetrar nesses obstáculos. Nesses casos, a visibilidade GPS dos satélites GPS é muito limitada. Como nas áreas urbanas com enormes arranha-céus, os sinais estão ausentes por um longo período de tempo.
2. Precisão
Qualquer sistema que envolva medição tem a possibilidade de erros. O GPS não é diferente disso. Como muitas medições estão envolvidas no GPS, há muitas possibilidades de imprecisão ao fornecer a localização exata de um objeto.
3. Integridade
Um receptor solicita informações dos satélites, eles enviam sinais conhecidos como "mensagens de satélite" para o receptor, contendo informações codificadas da distância do satélite do receptor, posições dos satélites, etc. Quando um receptor obtém uma medição combinada de 4 satélites, é capaz para mostrar sua localização. Mas se a posição do satélite for calculada incorretamente ou o alcance estiver errado, isso resultará em uma posição incorreta do receptor. Os sinais envolvidos nessas questões são chamados de "sinais defeituosos". Esses sinais afetam a integridade do local fornecido ao usuário. Um usuário não tem conhecimento do fato de a posição estar correta ou não. Portanto, é amplamente recomendado para monitorar a integridade dos dados do GPS.
Conclusão
Pode-se concluir que, dependendo do GPS, é bom, mas deve-se sempre verificar a precisão dos resultados do GPS. Também é possível observar que a precisão pode ser aumentada, mas a custos. Apesar de todas as limitações e erros, o GPS ainda é o melhor sistema de posicionamento atualmente.
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Este foi um guia para os sistemas de posicionamento global. Aqui discutimos a introdução, funcionamento, vantagens de limitações e desvantagens do GPS. Você também pode dar uma olhada nos seguintes artigos para saber mais:
- O que são sistemas embarcados?
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- Aplicações de Inteligência Artificial
- O que é o Spring Cloud?