Princípio de trilateração do GPS
O GPS determina a posição de um receptor usando trilateração. Medindo a distância até pelo menos três satélites, o receptor consegue localizar sua posição na superfície da Terra. A distância é calculada multiplicando-se o tempo de percurso do sinal pela velocidade da luz. Um quarto satélite é necessário para sincronizar o relógio do receptor, resolvendo as quatro incógnitas: latitude, longitude, altitude e tempo.
O princípio fundamental do posicionamento GPS baseia-se numa técnica geométrica chamada trilateração, ou mais precisamente, multilateração. Cada satélite GPS transmite continuamente um sinal que inclui a sua posição orbital precisa (efeméride) e a hora exata em que o sinal foi transmitido. Um receptor GPS na superfície da Terra ou próximo a ela capta esses sinais de múltiplos satélites. O receptor calcula a diferença de tempo entre o momento em que o sinal foi enviado e o momento em que foi recebido. Essa diferença de tempo, conhecida como tempo de voo, é então multiplicada pela velocidade da luz (c) para determinar a distância, ou "pseudodistância", até esse satélite. O termo "pseudodistância" é usado porque o relógio interno do receptor não está perfeitamente sincronizado com os relógios atômicos de alta precisão dos satélites, introduzindo um erro de deslocamento de tempo.
Geometricamente, conhecer a distância até um satélite restringe a posição do receptor à superfície de uma esfera centrada nesse satélite, com raio igual à pseudodistância calculada. Com um segundo satélite, a posição é reduzida à interseção de duas esferas, que é um círculo. O sinal de um terceiro satélite fornece uma terceira esfera, e sua interseção com o círculo formado pelos dois primeiros satélites resulta em dois pontos possíveis. Normalmente, um desses pontos é uma localização sem sentido (por exemplo, muito distante no espaço ou no interior da Terra), permitindo que o receptor determine sua posição em 2D (latitude e longitude). Para resolver a quarta incógnita, a altitude, e, mais importante, para corrigir o erro de relógio do receptor (Δtreceptor), é necessário um sinal de um quarto satélite. Isso permite que o receptor resolva um sistema de quatro equações para quatro incógnitas ([latex]x, y, z, Delta t_{receptor}[/latex]), resultando em uma posição 3D precisa e um tempo exato.
UNESCO Nomenclature: 2212
Física das ondas de rádio
Interrupção
Revolucionário
Precursores
- navegação astronômica
- radiogoniometria (RDF)
- sistema de navegação de longo alcance (LORAN)
- sistema de satélites de trânsito (navsat)
- princípios básicos de geometria e trigonometria
- medição da velocidade da luz
Aplicações
- sistemas de navegação veicular
- georreferenciamento de fotos
- agricultura de precisão
- gestão de desastres e serviços de emergência
- serviços baseados em localização em smartphones
Ideias de Inovação Potencial
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Relacionado a: trilateração, multilateração, pseudodistância, telemetria por satélite, tempo de voo, posicionamento GPS, navegação, geometria, velocidade da luz, desvio de relógio.