GPS altamente preciso é possível graças à NASA
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GPS altamente preciso hoje em dia é possível graças à NASA

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Navegar até três polegadas do seu destino é possível graças a algoritmos e software desenvolvidos pela NASA. Isso alimenta um sistema da NASA que aumenta os sinais brutos de navegação fornecidos pelos satélites de GPS da Força Aérea dos EUA para apoiar a navegação de aviões em todo o mundo, direcionar equipes de emergência e, em breve, guiar carros autônomos.

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História do GPS, por NASA (press-release)
Traduzido por Mídia Interessante

A Força Aérea Americana começou a lançar satélites de posicionamento global em 1978 e continua a operar e manter a rede de satélites até hoje. Mas ao longo das décadas, a NASA desempenhou um papel crítico na melhoria do sistema em que confiamos em nossas vidas diárias.

Os satélites GPS orbitam milhares de quilômetros acima da Terra, o que significa que há atrasos e distorções à medida que os sinais que eles enviam passam pela atmosfera. Os sinais também estão sujeitos a erros nas posições dos satélites e ruído e deriva nos relógios atômicos dos satélites.

Como resultado, as posições baseadas em dados brutos do GPS podem ser desativadas em até 30 pés. Por outro lado, os resultados corrigidos do GPS Diferencial Global da NASA (GDGPS) podem ter precisão de até três polegadas.

Na época em que os primeiros satélites GPS foram lançados, o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, em Pasadena, Califórnia, tinha uma longa experiência trabalhando com sinais de rádio de fontes distantes. Por exemplo, na década de 1960, a NASA usou uma rede de radiotelescópios e uma técnica chamada interferometria de linha de base muito grande para rastrear sinais de rádio de quasares distantes, alguns dos objetos mais brilhantes do universo.

Ao medir quanto tempo levou para que os mesmos sinais de rádio desses quasares atingissem diferentes telescópios ao redor do mundo, os cientistas da JPL conseguiram obter uma imagem altamente precisa do tamanho e da forma da Terra (um campo chamado geodésia).

No início dos anos 80, o JPL começou a construir uma rede para rastrear os satélites GPS, colocando as primeiras estações terrestres onde já estavam os grandes sites de rastreamento de interferometria de linha de base. Essas estações terrestres agiam como pontos fixos conhecidos que ajudavam os cientistas a calibrar as informações de localização fornecidas pelo GPS. Hoje, essa rede inclui mais de 80 receptores em todo o mundo.

As estações terrestres foram apenas o começo. Outra peça crucial foi o software: o JPL criou algoritmos para modelar atrasos, corrigir erros e executar a determinação da órbita do GPS e o posicionamento do receptor. O programa, chamado GIPSY-OASIS (Sistema de Posicionamento Inferido por GPS e Software de Simulação de Análise de Órbitas), rapidamente se tornou um dos programas de software mais amplamente licenciados da NASA.

No entanto, foram necessários horas e dias para coletar os dados de rastreamento do nework por meio de modems telefônicos, e o software exigiu dias de dados para executar sua determinação de órbita.

Em meados dos anos 90, com algum financiamento da Deep Space Network da NASA e uma assistência da Internet, o JPL desenvolveu o software GIPSY em tempo real. Este programa pode receber um fluxo de medições dos sites remotos pela Internet e fazer as correções de órbita e relógio a cada segundo.

Outro investimento importante em 2000 do Earth Science Technology Office da NASA ajudou o JPL a implementar a tecnologia operacional e a infraestrutura necessárias para lançar um serviço confiável, global e em tempo real, e o sistema GDGPS nasceu. “À medida que a internet se tornou mais prevalente, conseguimos obter a determinação orbital em segundos globalmente”, disse Yoaz Bar-Sever, do JPL, que gerencia o GDGPS. “Isso levou muita indústria para nós”.

Embora a NASA continue sendo um usuário-chave do GDGPS, seu desenvolvimento contínuo foi financiado quase inteiramente por outros usuários do governo e empresas comerciais que pagam pelo serviço por meio de Acordos Espaciais reembolsáveis.

Segurança, smartphones e mídias sociais

JPL reconheceu “que o processamento GPS em tempo real em escala global pode ser revolucionário”, disse Bar-Sever. “Mas ainda estávamos surpresos com o escopo do impacto dos novos recursos que estávamos construindo”.

Um uso precoce foi a geolocalização de telefones celulares, especialmente durante chamadas de emergência.

No início dos anos 2000, a Federal Communications Commission exigia que todos os provedores de serviços de telefonia celular incluíssem a capacidade de localizar imediatamente 911 chamadores. A Comtech Telecommunications Corporation recorreu ao GDGPS da NASA.

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Em uma chamada de emergência, uma localização inicial aproximada pode ser determinada a partir de uma rede de torres móveis e satélites GPS, explica Tsega Emmanuel, gerente de produtos da Comtech para serviços avançados de localização. Em seguida, o mecanismo de posicionamento da empresa usa dados JPL para refinar a localização. Como o chamador pode não ficar no mesmo local, o mecanismo de posicionamento fornece aos respondentes atualizações periódicas.

Além de aumentar a segurança, o recurso de GPS assistido é o motivo pelo qual os aplicativos de navegação para smartphones têm um curto “tempo para consertar” – localizando-se quase imediatamente, ao contrário das unidades de GPS do carro que podem demorar para adquirir uma conexão via satélite.

Hoje, a Comtech fornece informações sobre localizadores de emergência para cerca de metade dos proprietários de telefones celulares nos Estados Unidos, bem como milhões de outros em todo o mundo.

Com a ajuda do GDGPS, a Comtech também se tornou uma das principais fornecedoras de serviços baseados em localização para navegação, mídia social e até rastreamento de animais de estimação. Para essas aplicações, um fabricante de equipamentos ou criador de aplicativos cria e comercializa o produto com seu próprio nome, mas conta com o acesso da Comtech aos dados JPL para posicionamento. A empresa calcula mais de 10 bilhões de locais por mês em todo o mundo.

O sistema do JPL “faz parte da cadeia de valor”, disse Emanuel. “Se não temos, não temos uma localização precisa. Nós não temos um produto. ”

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A precisão abre novas possibilidades

Mas o GPS de precisão é usado muito além do mundo das localizações de telefones celulares. Entre outros usos, forneceu a base para o Sistema de Aumento de Área Ampla (WAAS) da Administração Federal de Aviação, usado por dezenas de milhares de aviões para navegação e pouso guiado na América do Norte. O WAAS e suas implementações no Japão e na Índia são baseados no software JPI em tempo real GIPSY aprimorado com o suporte da Raytheon e da FAA.

O GDGPS também permitiu a agricultura de precisão automatizada moderna: enquanto a John Deere acabou desenvolvendo sua própria tecnologia de navegação para equipamentos agrícolas autônomos, uma parceria anterior com o JPL ajudou a lançar a tecnologia e a destacá-la. Hoje, a agricultura de precisão economiza recursos para os agricultores, aumenta a produção e reduz a poluição em todo o mundo.

Desde 2002, a Força Aérea patrocina um serviço JPL dedicado para fornecer uma riqueza de informações de monitoramento de desempenho em tempo real sobre os satélites para os operadores de GPS das forças armadas. “Ao dar suporte ao GPS operacional, o sistema GDGPS contribui para a confiabilidade de toda a empresa de GPS”, disse Bar-Sever.

E a equipe JPL continua trabalhando em atualizações em parceria com a Força Aérea e outros patrocinadores. Em 2014, o software de última geração, RTGx, substituiu o GIPSY em tempo real como o mecanismo operacional do GDGPS. O RTGx está programado para se tornar o software de navegação para operações de GPS da Força Aérea.

Essas atualizações ajudarão a impulsionar inovações futuras. A equipe JPL está trabalhando, por exemplo, para obter uma precisão sem precedentes para orientar carros autônomos.

 “A precisão e a confiabilidade exigidas pelo setor são muito difíceis de alcançar”, disse Bar-Sever. “Estamos trabalhando nisso com o apoio da agregação de nossos clientes.”

Ele observou que os muitos clientes GDGPS compartilham a carga e os benefícios de atualizar continuamente os recursos do sistema, uma necessidade no domínio da navegação por satélite em rápida evolução.

“O que surgiu é um sistema autossuficiente, que fornece a seus clientes e à NASA muitos retornos sobre seus investimentos”, disse Bar-Server. 

“Este é o garoto-propaganda do tremendo valor da NASA para as pessoas em todos os lugares”.

Fonte Original: NASA por Loura Hall
Traduzido por Mídia Interessante
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