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Trabalho sobre GPS II

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Trabalho sobre GPS elaborado pelos alunos do 11ºB : Ana Filipa Rosado, Ana Panasco, Ana Sardinha, Inês Martins, João Cotovio.

Trabalho sobre GPS elaborado pelos alunos do 11ºB : Ana Filipa Rosado, Ana Panasco, Ana Sardinha, Inês Martins, João Cotovio.

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  • 1. Ciência.
  • 2. ologia.
  • 3. Coordenadas O que é? Tempo Geográficas Coordenadas Sistema Cartesianas GPS Galileo
  • 4.  O que é o GPS? O GPS, Sistema de Posicionamento Global (Global Positioning System), é um sistema de navegação que utiliza informação proveniente de satélites para fornecer com rigor as coordenadas de um lugar. • Indica a direcção e sentido do movimento numa viagem; • Localiza pontos num mapa atraves das suas coordenadas; • Armazena as coordenadas das posiçoes na memoria, podendo inverter o percurso da viagem e regressar ao ponto de partida.
  • 5.  Tempo O tempo é uma grandeza física que desempenha um papel fundamental no funcionamento do GPS. O erro na determinação do intervalo de tempo que o sinal demora no percurso entre o emissor e o receptor, tem de ser pequeníssimo. É necessário precisão e exactidão dos relógios para que se possa localizar a posição do receptor GPS à superficie da Terra.
  • 6. Os satélites artificiais do sistema GPS possuem relógios atómicos que fornecem o “tempo GPS”, este é convertido pelos receptores GPS em “tempo universal coordenado” que se ajusta ao “tempo médio de Greenwich”. Por isso, os receptores GPS têm incorporados relógios de quartzo.
  • 7.  Relogios Existe três tipos diferentes de relógios: Tipo de relógio Incerteza Mecânico 100 milissegundos/dia Quartzo 0,1milissegundos/ dia Atómico 0,1 microssegundos/dia
  • 8.  Coordenadas Geográficas Para indicar a posição de um lugar à superfície da Terra normalmente utilizam-se cordenadas geográficas: Latitude e Longitude.
  • 9.  Latitude A latitude é o ângulo medido para cima ou para baixo do equador, ao longo de um meridiano. Varia de 0o a 90o norte (N) ou de 0o a 90o sul (S). Um paralelo é uma linha circular paralela ao equador cujos pontos estão à mesma latitude.
  • 10.  Longitude Um meridiano é um círculo máximo, perpendicular ao equador e que passa pelos dois pólos geográficos. A longitude é o ângulo para um lado ou para o outro do semimeridiano de Greenwhich (localidade nos arredores de Londres). Varia entre 0o e 180o podendo ser este (E) ou oeste (O).
  • 11.  Altitude Muitas vezes é necessário utilizar mais uma coordenada geográfica: a altitude. A altitude de um lugar é a distância, medida sobre a vertical do lugar, entre esse lugar e o nível médio das águas do mar.
  • 12.  Coordenadas Cartesianas A situação de repouso ou de movimento é relativa porque depende de um referencial. Para isso, utiliza-se um sistema de coordenadas: conjunto de parâmetros usados para referênciar posições. z Um deles é o sistema de coordenadas cartesianas, constituído por três eixos de referência (x, y e z) prependiculares entre si, que se intersectam O y no ponto zero da escala (a origem). x
  • 13. Neste sistema, qualquer ponto é definido pelas coordenadas cartesianas e pelo vector posição (que parte da origem). Podemos utilizar assim, um referencial tridimensional, bidimensional e unidimensional:
  • 14.  Referêncial Bidimensional Se considerarmos um corpo num plano, a sua posição é dada atendendo às coordenadas xx e yy.  Referêncial Unidimensional Se considerarmos uma única dimensão, como é o caso do movimento rectilíneo, a posição é dada pela única coordenada do eixo dos xx.
  • 15. O movimento de um corpo ocupa sucessivas posições, e ao seu conjunto chamamos trajectória. Esta pode ser rectilínea ou curvilínea.
  • 16. O GPS está dividido em três partes e abordaremos de seguida as suas funções:
  • 17. Este sistema utiliza 24 satélites que descrevem órbitas circulares que asseguram uma cobertura global a cerca de 22 200 km de altitude. Estes, completam duas voltas por dia, uma a cada 12h e a que chamamos de período. Uma órbita contém quatro satélites e cada satélite retém quatro relógios atómicos com precisão de 3ns ou seja, 3x10-9 s. Os satélites transmitem e captam ondas electromagnéticas na zona das microondas que conduzem dados alusivos à posição e tempo.
  • 18. O GPS possui 5 estações na Terra, 4 observam os satélites e uma é a principal de controlo situada nos EUA. Estas estações controlam a posição dos satélites, a velocidade e o tempo marcado nos relógios, e analisam as condições atmosféricas que inserem erros nos sistema devido à alteração da velocidade de propagação das ondas electromagnéticas. As estações também efectuam correcções às órbitas e relógios dos satélites através do envio de informação compilada.
  • 19. Este segmento é constituído pelos receptores GPS e pelos seus utilizadores. Os GPS recebem e descodificam os sinais dos satélites, trocam dados com outros receptores e com computadores. O utilizador têm ainda acesso a mapas pormenorizados de cidades, obter a rota preferível até ao destino ou ainda conceber coordenadas de posição.
  • 20. O GPS contém informação do instante em que um satélite lhe envia sinais através de ondas electromagnéticas. Estes sinais propagam-se à velocidade da luz ( c = 300 000 km/s ) , logo ocorre uma variação de tempo entre a emissão do sinal pelo satélite até a chegada ao GPS que nos possibilita calcular a distância entre o GPS e o satélite. Se o movimento tem a mesma direcção, sentido e rapidez, o valor da velocidade é dado pela distância percorrida, d, por intervalo de tempo, ∆t ( v = d / ∆t) . Como v = c = 300 000 km/s , se conhecermos a ∆t, saberemos a d d = c x ∆t
  • 21. Para localizar um lugar na Terra, o receptor recorre ao método geométrico da Triangulação, após ter calculado a sua distância a três satélites. B P A C Depois de calculadas as distâncias aos satélites A, B e C, como na figura, podemos então determinar a posição do ponto P, onde está localizado o receptor.
  • 22. • Através da d A, traça-mos uma circunferência com centro em A e que detém a o ponto P, o receptor, o qual poderá estar localizado em qualquer ponto relativo à circunferência. • Através da d B, traça-mos outra circunferência com centro em B que irá interceptar em dois pontos a circunferência com centro em A, e um desses pontos será o ponto P. • Através da d C, traça-se uma última circunferência com centro C e que irá interceptar as outras duas num ponto em comum, o ponto P, ou seja, o receptor.
  • 23. Para um receptor calcular a sua posição, são suficientes os sinais emitidos por três satélites. Todavia é utilizado um outro satélite, o qual tem como função sincronizar os relógios atómicos extraordinariamente concisos dos restantes três satélites, e os de quartzo, menos concisos dos receptores, devido à grande importância que a determinação do tempo, ∆t, que o sinal leva a chegar ao receptor.
  • 24. Precisão de um receptor GPS Um receptor GPS comercial pode ter um erro até 10 m, enquanto com o novo sitema DGPS reduz o erro nos GPS’s militares e de investigação para cerca de 3 a 4 metros. Se não houvesse uma correcção deste efectuada com base na teoria da relatividede de Einstein , existiria uma acumulação de erros nos relógios atómicos, que no final do dia levariam a erros de mais de uma dezena de quilometros.
  • 25. Este erro pode dever-se: • a más condições atmosféricas; • às diminuição do número de satélites em linha de vista devido a obstáculos; • a reflexões das ondas electro-magnéticas nesses obstáculos, durante a sua propagação.
  • 26.  Aplicaçoes do GPS • Navegação terrestre, marítima e aérea (Transportes convencionais, excursionistas, desportistas, pescadores ou investigadores em zonas desconhecidas); • Segurança de veículos como táxis ou camiões de transporte de mercadorias; • Mapeamento (Produção de mapas e estudo da topografia dos terrenos); • Gestão de tráfego e detecção de situaçõs de emergência.
  • 27.  Em que consiste? O sistema Galileo consiste num sistema de navegação por satélite que se encontra ainda em desenvolvimento na Europa.
  • 28. Este sistema está a ser desenvolvido pela União Europeia e ainda pela Agência Espacial Europeia (European Space Agency - ESA) em virtude de tornar a União Europeia independente dos restantes sistemas de navegação por satélite existentes, o GPS norte-americano e o sistema russo Glonass. Para um controlo eficaz deste sistema, serão construídas duas estações de controlo na Europa Central.
  • 29.  Constituição: O sistema Galileo será composto por 30 satélites, dos quais 27 estarão operacionais e os restantes 3 ficarão em reserva como sobressalentes. Estes satélites irão ser colocados em três orbitas com uma inclinação de 56º tendo em conta o plano equatorial da Terra e a uma altitude de cerca de 26 000 km, ficando aproximadamente 4000km acima das órbitas dos satélites do GPS.
  • 30. Galileo transportará dois relógios atómicos: um de rubídio e outro denominado PHM (Passive Hydrogen Maser – Maser Passivo de Hidrogénio). O primeiro tem um erro inferior a 10 ns/dia e o outro tem um erro inferior a 1 ns/dia, que fará dele o relógio atómico mais preciso em órbita. Todas estas condições levarão a que haja uma cobertura de extrema qualidade de todo o planeta.
  • 31.  Vantagens: Em comparação do sistema Galileo com os restantes sistemas de navegação por satélite existentes, podemos destacar algumas vantagens que este apresenta em relação aos outros sistemas.
  • 32.  É dotado de uma maior precisão (actualmente ainda está a ser confirmado este parâmetro com base em testes reais);  Oferece uma maior segurança, tendo em conta que permite transmitir e confirmar auxílios em casos de emergência;  Implica menos problemas, uma vez que é capaz de testar autonomamente a sua integridade;  Permite uma cobertura mais abrangente de satélites visto que este sistema terá a possibilidade de interagir com os restantes sistemas existentes.
  • 33.  Aplicações: Este sistema pode ser aplicado em diversos sectores, especialmente no que diz respeito aos sistemas de transporte quer terrestre, marítimo, quer aeronáutico, uma vez que possibilita uma melhor gestão de tráfego. Galileo irá trazer benefícios em múltiplos serviços, nomeadamente ao nível civil, para o qual foi especificamente desenvolvido. O sistema tem a capacidade de detectar com exactidão a localização de pessoas e ainda, de objectos que sejam dotados de um receptor de dados adequado.
  • 34. Está ainda desenvolvido particularmente para serviços que estejam de alguma forma relacionados com a vida humana em virtude de lhes proporcionarem segurança e de lhes prestarem auxílio, em caso de procura e resgate. O sistema Galileo pode ainda revelar alguma utilidade em termos de serviços públicos regulamentados que abranjam aplicações especiais e governamentais.
  • 35.  Lançamento: Do sistema Galileo fazem parte dois satélites experimentais pertencentes à missão GIOVE (Galileo In-Orbit Validation Element), ambos já lançados com o objectivo de testar o equipamento que transportam e para testar todo o equipamento em terra.
  • 36. O primeiro satélite não tripulado designa-se GIOVE-A e foi lançado no dia 28 de Dezembro de 2005. Transportava apenas dois relógios atómicos de rubídio e forneceu os primeiros sinais de navegação no dia 12 de Janeiro de 2006.
  • 37. Por sua vez, o segundo satélite, GIOVE-B, foi enviado no dia 27 de Abril de 2008 e a bordo levava três relógios atómicos: dois de rubídio e um de PHM (Maser Passivo de Hidrogénio. As suas primeiras informações chegaram no dia 7 de Maio de 2008.
  • 38. Estima-se que o sistema de navegação europeu, Galileo, irá estar operacional num futuro próximo, por volta do ano de 2012-13.
  • 39.  Bibliografia:  RODRIGUES, Mª Margarida (et.al) - Física na nossa vida, 11º Ano; Porto: Porto Editora, 2008.  VENTURA, Graça (et.al) – 11 F B, Física e Química B – Física, 11º Ano; Lisboa: Texto Editores, 2006.  VENTURA, Graça (et.al) – 11 F, Física e Química A – Física – Bloco 2,11º/12º Ano; Lisboa: Texto Editores, 2009.
  • 40.  Webgrafia:  http://www.esa.int/esaNA/ESAAZZ6708D_galileo_0.html  http://www.esa.int/esapub/br/br251/br251.pdf  http://en.wikipedia.org/wiki/GIOVE#GIOVE-B  http://pt.wikipedia.org/wiki/GIOVE-A  http://en.wikipedia.org/wiki/GIOVE  http://pt.wikipedia.org/wiki/Galileo  http://www.inov.pt/eng/news/archive_01.html
  • 41.  Elaborado por:  Ana Rosado, nº1  Ana Panasco, nº2  Ana Sardinha, nº3  Inês Martins, nº9  João Cotovio, nº 13 11ºB  Fim.

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