Neste artigo, vamos explorar como o GPS funciona, como ele calcula nossa localização e como os satélites GPS fornecem informações de localização em qualquer lugar da Terra.
O GPS é uma tecnologia com a qual estamos muito familiarizados no nosso dia a dia, seja para a polícia rastrear a localização de um suspeito ou para usar a navegação do smartphone. Aqui está uma cena do romance "O Código Da Vinci", de Dan Brown. Sophie e Langdon estão escondidos em um banheiro. Sophie decide ajudar Langdon a escapar; ela pega o dispositivo de rastreamento do bolso esquerdo do casaco dele, coloca-o dentro de uma barra de sabão e o joga em direção a um trailer que passa. A polícia, por engano, acredita que Langdon embarcou no trailer e o persegue em vão, permitindo que Langdon e Sophie escapem do Museu do Louvre em segurança. Como a polícia conseguiu rastrear a localização de Langdon usando o dispositivo de rastreamento? O princípio por trás disso está no GPS.
O GPS (Sistema de Posicionamento Global) é um sistema de navegação por satélite que calcula a localização de um usuário utilizando sinais transmitidos por satélites.
É possível determinar uma localização usando apenas um satélite? Infelizmente, não. Isso ocorre porque a informação de distância fornecida por um único satélite corresponde a inúmeras localizações possíveis exatamente àquela distância. À medida que o número de satélites aumenta, a sobreposição de localizações diminui, passando de uma área para uma linha e, por fim, para um único ponto.
Para entendermos o número ideal de satélites, precisamos primeiro compreender o conceito de dimensões. Dimensões são definidas pelo número de direções em que um objeto pode se mover independentemente. Isso porque saber a distância e a direção em que um objeto se moveu a partir de um ponto de referência nos permite determinar sua posição.
Em uma dimensão, a posição de um objeto pode ser determinada simplesmente sabendo o quanto ele se moveu para frente ou para trás. Em duas dimensões, são necessárias informações em duas direções — para frente/para trás e para a esquerda/para a direita. E quanto ao espaço tridimensional? Todas as três direções — para frente/para trás, para a esquerda/para a direita e para cima/para baixo — são necessárias. Como o espaço que habitamos é tridimensional, informações sobre todas as três direções são necessárias para calcular uma posição.
Portanto, são necessários quatro satélites para calcular uma posição exata no espaço tridimensional, pois são necessárias informações sobre o ponto de referência, bem como as direções para frente e para trás, esquerda e direita e para cima e para baixo. No entanto, considerando que o usuário está na superfície da Terra, o próprio planeta pode servir como plano de referência, o que significa que, em teoria, uma posição pode ser calculada usando apenas três satélites. Contudo, os sistemas GPS reais utilizam um total de quatro sinais de satélite. O satélite adicional é usado para corrigir erros de tempo que ocorrem durante a transmissão e recepção dos sinais; ele ajuda a determinar uma posição mais precisa, calculando o tempo que a luz leva para viajar.
Agora, vamos analisar como as informações de distância recebidas dos satélites são calculadas. Nesta seção, você verá por que o teorema de Pitágoras e as funções trigonométricas — que você aprendeu no ensino fundamental — são importantes.
A triangulação é um método para calcular as coordenadas e a distância de um ponto dado usando as propriedades dos triângulos. Dados dois pontos de referência, se você medir os ângulos formados pela base e pelos outros dois lados do triângulo formado pelo ponto desconhecido e pelos dois pontos de referência — e souber os comprimentos dos lados — você pode calcular as coordenadas e a distância usando a lei dos senos e outras fórmulas.
Por exemplo, vamos supor que estamos medindo a distância da praia até um navio no mar. Um observador mede os ângulos α e β a partir de dois pontos fixos, A e B, respectivamente. Se a distância l entre A e B for conhecida, ou se as coordenadas dos dois pontos forem conhecidas, as coordenadas do navio no ponto C podem ser calculadas usando as propriedades de triângulos semelhantes e a lei dos senos, e a distância d da praia até o navio também pode ser determinada. O GPS opera com o mesmo princípio.
Ele calcula a localização de um objeto na Terra combinando as posições dos satélites com as informações de distância medidas a partir deles.
Atualmente, o sistema GPS consiste em aproximadamente 31 satélites operacionais; destes, geralmente 24 ou mais formam o núcleo do sistema operacional, enquanto os restantes servem como reservas ou fornecem melhorias de desempenho. Esses satélites orbitam a Terra em múltiplos planos orbitais e são projetados de forma que vários satélites GPS possam ser observados simultaneamente de qualquer lugar do mundo. Isso garante um sinal estável de pelo menos quatro satélites, fornecendo informações de localização mais precisas. Os satélites GPS são alimentados por painéis solares.
Reserve um momento para olhar para o céu noturno. Se você vir um ponto particularmente brilhante e em movimento, pode ser um satélite GPS calculando sua localização.
