GPS
Navegar
Arte de ir e voltar de um lugar a outro. Em qualquer posição o navegador deve conhecer a sua posição geográfica, seja em terra ou no mar. O primeiro tipo de navegação foi a navegação astronômica que é determinar uma posição geográfica por meio dos astros. O grande problema deste tipo de navegação, além da habilidade do navegador, era o clima do qual depende este tipo de navegação.
O primeiro equipamento de navegação que surgiu foi a bússola, inventada pelos chineses. Foi a maior revolução para navegação antes de advento do GPS. A descoberta da bússola teve grande impacto na história da humanidade. Apesar da grande ajuda e ainda ser utilizada até os dias de hoje, a bússola não resolvia todos os problemas de navegação. Por exemplo, a bússola indicava a posição do navegador em relação ao norte magnético, mais não permitia que o navegador conhecesse sua presente posição.
Bússola Chinesa
Uma invenção grega datada de três séculos antes de Cristo, o astrolábio um disco de metal graduado em graus com uma haste móvel de visada capaz de medir ângulo vertical, possibilitavam o cálculo da latitude. O maior problema do astrolábio era o peso e precisava de três homens para manuseá-lo.
Astrolábio
Outro equipamento inventado para o cálculo da presente posição foi a Balestilha, que fazia uma medição direta sobre o astro. O método melhorou bastante em relação ao astrolábio, mais era difícil para o observador olhar o astro e o horizonte ao mesmo tempo.
O quadrante de Davis criado por John Davis em 1590, era um instrumento que possuía dois setores circulares de 60º cada um e um outro de 30º graus, de raios diferentes mais graduados a partir de um raio comum AB. O primeiro era divido em frações de graus e o segundo era dividido em graus inteiro.
Balestilha
Finalmente veio o Sextante, instrumento que possibilitava uma grande precisão na tomada de altura de um astro e são utilizados até os dias de hoje na navegação astronômica. O Sextante foi desenvolvido pelo astrônomo francês Tycho Brahe, em 1700. Sir Isaac Newton acrescentou-lhe um espelho de dupla reflexão.
Sextante
Esta situação continuou inalterada até o final do século vinte quando surgiu um conhecimento sofisticado de geometria esférica, capacidade de realizar cálculos matemáticos envolvendo conversões de horas, minutos e segundos em graus, e a conhecer com precisão a posição das estrelas, etc. Mesmo assim tudo isso ia por água abaixo se a meteorologia não fosse favorável. Este conhecimento com ajuda de outras tecnologias modernas na área de física, química, eletrônica, propulsão espacial, etc, juntou-se todo conhecimento humano para cria o meio mais revolucionário de navegação baseada em satélite que se conhece nos dias atuais, como GPS – Global Position System.
Constelação de satélites
Teoria de Operação
Recebendo informações de uma constelação de 24 satélites, o sistema GPS é capaz de calcular com precisão a presente posição de um navegador em qualquer ponto da face da terra com precisão de até 10 centímetros. Criado na década de 1980 mais só operacionalizado em 1994 é traduzido como uma verdadeira revolução na arte de navegar. Na aviação pode funcionar em conjunto com todo os outros aviônicos inclusive o RADAR e o piloto automático.
Satélite de GPS
Com o GPS o navegador pode: traçar rotas, conhecer a distância real percorrida, quanto falta para chegar, marcar locais com absoluta precisão e retornar lá a qualquer momento esteja onde estiver. Há que creia que o GPS já mudou os hábitos atuais do nosso dia-a-dia. Apesar do grande uso na navegação de aeronaves, o GPS passou a ser equipamento básico para navegação aeronáutica em 2009. Isso se dá por causa das discursões políticas não resolvidas entre os detentores da patente do GPS.
Generalidades
A constelação de satélites GPS (Global Positioning System) é operada pelo Departamento de Defesa (DOD) dos Estados Unidos da América (EUA), que é o único responsável pela sua precisão e manutenção. Apesar de declarado completamente operacional desde 17 de julho de 1995, o sistema ainda está em desenvolvimento e sujeito a mudanças que podem afetar a precisão e o desempenho de todos os equipamentos GPS embarcados.
O equipamento GPS é um auxílio preciso à navegação, mas como qualquer auxílio à navegação, pode ser mal utilizado ou mal interpretado, e então se tornar inseguro. Você é fortemente aconselhado a ler e compreender completamente o manual do seu GPS antes de utilizar o equipamento. Normalmente o GPS dispõe de um modo DEMO (uma simulação) que lhe permite praticar antes de utilizar o equipamento para navegação real.
Sempre que você estiver utilizando este equipamento para navegação aérea, você deve tratá-lo como um sistema de navegação suplementar aos auxílios de solo que ainda são os principais meios de navegação. Você deve sempre comparar cuidadosamente as indicações de seu GPS com as informações disponíveis de todos os outros equipamentos ou fontes de navegação, tais como o ILS, VOR, DME, auxílios visuais, mapas, etc. Por segurança, qualquer discrepância observada entre os dados deve ser solucionada imediatamente.
A altitude calculada pelo GPS é uma altitude geométrica sobre o nível médio teórico do mar de um elipsóide matematicamente calculado que aproxima o formato da Terra. Esta altitude pode diferir significativamente da mostrada pelo seu altímetro barométrico. Você então Não deve jamais utilizar a altitude obtida pelo GPS para navegação vertical ou para manter distância da terra a não ser que o tipo de navegação em questão tenha essa prerrogativa. O sistema GPS, com ajuda de outros sistemas como o GBAS, por exemplo têm evoluído nesse sentido.
O GPS também não é um substituto dos seus mapas. Ele é concebido apenas como um auxílio à navegação VFR. O banco de dados do equipamento foi compilado da última versão oficial disponível, e embora todo o cuidado tenha sido tomado na compilação, os fabricantes não são responsáveis por nenhuma imprecisão ou omissão.
Principais funções incorporadas aos equipamentos GPS
Status do GPS – mostra a força de recepção do sinal do satélite, permite GMT, offset local, setar data e posição, o que acelerará a inicialização da sua unidade. O plano de voo permite a criação e a edição dos WPTS (waypoint) – pontos de posição criados pelo usuário.
Editar WPTS – permite a edição dos WPTS, aeródromos (campos), e funções de marcadores do usuário, tanto manualmente como visualmente.
Editar rotas – permite a criação e a edição das rotas do usuário, tanto manualmente como visualmente. Permite cálculos de:
- TAS / vento _ permite o cálculo da altitude-densidade, TAS (true air speed) e vento na camada.
- V NAV _ permite ajustar a navegação vertical.
- Etapas / combustível _ permite o cálculo das etapas e do combustível.
- Nascer e pôr-do-sol _ permite o cálculo da hora do nascer e pôr-do-sol.
Setup – Permite acessar as funções de setup de mapa, navegação, e características de entrada e saída de dados.
MAP Setup – Permite a personalização de todas as funções de mapa, incluindo o tracking, nomes de aeródromos, unidades de medidas de mapas, dados de mapas, orientação do mostrador, idioma, comprimento mínimo de pista/tipo de pavimento, tracking estendido, auto-zoom e processo de desembaralhamento de nível de zoom de mapa.
NAV Setup – Permite a personalização de todas as funções de NAV, incluindo escala de CDI, mostrador de CDI, alarme de CDI, aviso de chegada, próxima perna automática/ estratégia de seleção de perna, tela dividida/ modo de navegação com tela ampliada e razão de registro.
PIN Setup – Permite o acesso ao setup da função de segurança PIN.
INSTL & DIAGS – Permite a execução dos diagnósticos de instalação de entrada e saída de dados e de recepção de sinais de GPS (opcional em algumas instalações). Os registros de vôo podem ser vistos e várias seções da memória podem ser esvaziadas a partir desta função.
Modo MAP – Este é o modo primário de operação da unidade. O equipamento automaticamente entrará neste modo 30 segundos depois de ser ligado, se nenhuma outra tecla for ativada.
Menu NAV – Permite o acesso a todas as funções de navegação. O joystick (utilizado em algumas instalações de GPS) atua no modo NAV.
Seleciona rota – Permite a seleção e edição de uma rota.
Campos próximos – Permite, em emergência, a procura dos 10 aeródromos mais próximos, fornecendo informações e disponibilizando a função GOTO. Inclui os aeródromos Jeppesen e os definidos pelo usuário que satisfaçam o comprimento mínimo de pista e tipo de pavimentação necessário.
Auxílios próximos – Permite, em emergência, a procura dos 10 auxílios mais próximos (VOR’s e NDB’s), fornecendo informações e disponibilizando a função GOTO.
Salvar WPTS – Permite que a sua atual posição (coordenadas) seja salvas no o próximo número livre de WPT.
GOTO – Permite ao usuário ativar a função GOTO para qualquer ponto do banco de dados interno ou criado pelo usuário. Podem-se também obter informações de qualquer ponto do banco de dados do equipamento.
Há teclas de atalho para se acessar mais facilmente o modo de operação primário, modo MAP, mas em geral, se você deseja acessar qualquer outra função específica em qualquer ramo do programa, volte atrás dentro do ramo atual até o menu principal pressionando a tecla ESCAPE ou MAIN MENU, e então, a partir do menu principal selecione o ramo do programa que contenha a função desejada.
Alocação de memórias no GPS
Nas descrições das funções, três tipas de memórias são mencionadas: EPROM, RAM e NVM. Talvez você considere interessante saber onde os vários tipos de informações são armazenados, a fim de fazer um melhor uso de seu equipamento.
Memórias tipo EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory – memória apagável e programável apenas de leitura) estão localizadas no módulo de dados e são utilizadas para reter o sistema operacional e o banco de dados. O módulo de dados pode ser substituído periodicamente a fim de atualizar o sistema operacional e também o banco de dados.
Memória tipo RAM (Random Access Memory – memória de acesso randômico) é escrita na própria unidade e é utilizada para armazenar os dados definidos pelo usuário, tais como WPTS e rotas. Os dados da RAM são mantidas por força elétrica provinda de uma bateria interna, tipo célula de lítio, de longa vida. Esta célula de lítio necessita ser substituída a cada intervalo de tempo de mais ou menos três a cinco anos, o que pode ser feito pelo seu agente autorizado Skyforce.
Memória NVM (Non Volatile Memory – memória não-volátil) também é escrita na própria unidade. Ela armazena dados de inicialização da unidade, número de série, número PIN e detalhes dos registros de desempenho. A denominação “não volátil” para esta memória significa que ela reterá seus dados ainda que a fonte de força externa à unidade seja desligada. Se você selecionar a ativação da função de segurança PIN (similar à que é disponível em vários tipos de rádios de automóveis), a natureza não-volátil da NVM assegurará a atuação do seu PIN e impedirá o seu apagamento.
O GPS tem evoluído muito desde 2010. Atualmente encontramos uma centena de equipamentos ou mesmo aplicativos de tablete ou celular que permitem a navegação aérea ou marítima com grande precisão. Veja abaixo algumas telas desses aplicativos:
Aplicativo rodando no IPAD
Aplicativo rodando no Android
Considerações sobre a antena
O seu GPS necessita estar conectado a uma antena para operar normalmente. Para montagem externa permanente existe uma antena estilo “lágrima” de baixo arrasto. Caso não exista a possibilidade de instalação externa, ou simplesmente você não deseje fazer um furo na estrutura da aeronave para montar a antena, pode-se utilizar uma antena interna, que é disponível para a maioria dos equipamentos de GPS através dos seus agentes autorizados.
Antena do GPS
A antena portátil pode ser mantida na posição escolhida utilizando-se o sistema se sucção fornecido (que deve ser encaixado no orifício da braçadeira da antena) ou fixado permanentemente na posição escolhida utilizando-se os furos de parafuso também existentes na braçadeira da antena. O kit de antena portátil vem completo com um cabo de 2 metros e consequentemente deve ser montado no máximo a esta distância da unidade principal. A antena portátil é apenas à prova de água superficialmente, mas não se imersa, por isto não devendo ser montada permanentemente do lado externo da aeronave.
Sempre se assegure de que a face convexa da antena esteja voltada para a maior faixa de céu, preferivelmente direcionada para a linha do horizonte. A fim de poder fixar corretamente a posição da aeronave nas 3 dimensões o GPS necessita receber ao menos 4 sinais de satélite simultaneamente.
Disposição de antenas em um avião comercial
Os sinais de rádio dos satélites Navstar GPS são transmitidos em uma faixa de freqüência extremamente alta. Eles devem ser vistos como tendo a mesma capacidade de penetração que a luz. Isto significa que eles podem apenas penetrar superfícies transparentes ou de materiais muito finos e provavelmente serão bloqueados por quase todos os materiais que também bloqueariam a luz.
Pelo menos quatro, e às vezes até oito satélites GPS podem sempre ser “vistos” de qualquer localização na Terra e a qualquer hora. Os satélites podem estar em qualquer ponto do céu, então, a fim de assegurar ininterruptamente os dados necessários à navegação é necessário que a antena esteja direcionada para a maior área de céu possível.
Auto teste e inicialização
Como mencionado acima, a tela de título será inicialmente mostrada sem habilitar as teclas de função enquanto uma série de verificações de rotina internas é executada automaticamente pela unidade. São eles:
- Verificação se a unidade foi inicializada corretamente. Isto consiste na verificação se existe um código especial na NVM. Se não existir o código de inicialização na NVM a mensagem UNIT NOT INICIALISED (unidade não inicializada) será mostrada no centro da tela e a unidade estará totalmente desabilitada. Este é um sistema de segurança que protege contra o roubo da unidade e tentativa de apagamento de seu PIN da NVM. Se a sua unidade for roubada e a NVM for apagada ou substituída numa tentativa de resetar o PIN, o ladrão não poderá usar ou vender a unidade, (pois o código especial de inicialização de alta segurança da fábrica estará perdido).
- Verificação de integridade da RAM. Se os dados da RAM foram perdidos ou esta foi corrompida devido à perda de força da bateria de lítio, a tela de erro será mostrada.
- Verificação se a função Automatic Power-On Lock – travamento automático ao ligar, está ativada. Se ela estiver ativada, uma tela será mostrada depois de 5 segundos (a menos que outra tecla seja pressionada antes). Se a unidade, ao ser ligada, sofreu três tentativas malsucedidas de entrar o PIN, uma tela aparecerá anunciando o travamento do sistema.
- Verificação se um novo módulo de dados foi acoplado. Isto envolve comparar o número da versão do programa gravado na NVM com o do módulo acoplado. Se for detectada uma substituição do módulo, a integridade das rotas será testada e então se qualquer discrepância for encontrada, a tela de erro será mostrada para que o operador concerte o problema.
Se a unidade passar nos quatro testes acima, as teclas de operação aparecerão automaticamente na tela. A tela Map Mode será mostrada depois de 30 segundos se nenhuma outra tecla for pressionada antes, isso para os equipamentos de GPS com sistemas de Moving Map,
Conclusão
O sistema GPS é sem dúvida a maior revolução na forma de se navegar em toda a história da humanidade. O GPS já é usado no dia-a-dia das pessoas nos meios de transportes: nos automóveis usados juntamente com os mapas das cidades, nas aeronaves, nos navios e tudo mais que se deslocar sobre a superfície da terra; nos meios de localização em geral: indústria, comércio, telecomunicações, serviços de localização, etc, e como arma de guerra, é claro, não podia faltar, afinal o GPS foi desenvolvido visando este lado.
