Mergulhando no mar de micro-ondas

Marcelo Macedo
28/04/2017

Ilustração do Sistema de Posicionamento Global (GPS). [1]
Quando se pensa em navegação, o primeiro objeto que se tem em mente é a bússola. Ela foi inventada pelos chineses no século IV A.C. Naquela época, era um instrumento bastante rudimentar, composto de uma pedra magnética que flutuava na água por estar presa a um pedaço de madeira. Em virtude de apontar sempre para uma determinada direção, que hoje é conhecida como norte, ela servia para orientar os barcos tanto pelo dia como pela noite [2].

Ainda hoje as bússolas são usadas nas embarcações. No entanto, o domínio da ciência e da tecnologia levou a criação do Sistema de Posicionamento Global (GPS), o qual veio atualizar os procedimentos de navegação. O GPS passou a ser a bússola da atualidade, pois além da direção, fornece a posição em termos de coordenadas (longitude e latitude) e a altura em relação ao nível do mar. O Departamento de Defesa dos Estados Unidos criou o GPS em 1982 e alguns anos mais tarde, liberou o sistema para uso comercial. O sistema é formado por 24 satélites que emitem sinais de micro-ondas de uma altura de 20.200 km, sendo que cada satélite dá uma volta completa em torno da Terra a cada 12 h [3,4].

Quando um sensor localizado, por exemplo, em um celular detecta os sinais enviados pelos satélites, um cálculo é realizado para determinar a posição do usuário. Cada satélite possui um cronômetro atômico extremamente preciso, o qual é usado para informar o momento de envio das micro-ondas que viajam na velocidade da luz (300.000 km/s) . Conhecendo-se a velocidade e o tempo de viagem da onda do satélite até o sensor, o celular calcula a distância L1, do usuário até o satélite S1. Essa distância é insuficiente para determinar a localização do usuário, desse modo é necessário o mesmo cálculo para outros dois satélites (S2 e S3), determinando assim as distâncias L2 e L3, respectivamente. Através da interceptação de L1, L2 e L3, a posição (longitude e latitude) é determinada pelo método da triangulação. Usando o sinal de um quarto satélite (S4), pode-se determinar a altura em relação ao nível do mar. Evidentemente, quanto mais satélites o sensor detectar, mais precisa será a posição [5]. O GPS constantemente é corrigido pela central de controle, devido aos efeitos relativísticos, como a  dilatação do tempo, rotação da Terra, aceleração do satélite, etc [6].

Imaginar que estamos submersos num mar de micro-ondas e que estamos navegando nele, passa a ser uma ideia factível. O navegador guiado por GPS nos carros, com o passar dos anos, está deixando de ser um mero acessório para ser um item de fundamental importância, sobretudo nas grandes cidades. Não se preocupe em ir e vir, mergulhe e navegue nesse mar eletromagnético e o GPS fará o resto.

[1] Crédito da imagem: Marcelo Macedo.

[2] J Challoner. 1001 Invenções que Mudaram o Mundo. Sextante (2010).

[3] X He et al. Review of current GPS methodologies for producing accurate time series and their error sources. Journal of Geodynamics 106, 12 (2017).

[4] NASA. Global Positioning System. URL: www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/policy/GPS.html. Acesso: 26 de abril (2017).

[5] J McNamara. GPS for Dummies. Wiley (2004).

[6] Ž Hećimović. Relativistic effects on satellite navigation. Tehnički vjesnik 20, 195 (2013).

Como citar este artigo: Marcelo Macedo. Mergulhando no mar de micro-ondas. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2017/04/mergulhando-no-mar-de-micro-ondas/. Publicado em 28 de abril (2017).

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Marcelo Macedo

Marcelo Macedo

Doutor em Física Aplicada. Professor da Universidade Federal de Sergipe. Escreve sobre Tecnologia e Inovação no Saense.

3 comentários sobre “Mergulhando no mar de micro-ondas”

  1. Nossa, quando se imagina nos milhares de dispositivos que estão usando o GPS nesse momento e a quantidade de processamento necessária para calcular todos os dados, esse mar de micro-ondas parece bem agitado!

    1. Isso mesmo Eduardo. Existe uma linha de pesquisa de como processar os dados o mais possível sem diminuir a precisão da localização.

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