Qué es GPS (Sistema de Posicionamiento Global)

qué es un gpsEl Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegación por satélite compuesto por una red de 24 satélites colocados en órbita por el Departamento de Defensa de Estados Unidos. El GPS originalmente estaba destinado a aplicaciones militares, pero en la década de 1980, el gobierno hizo que el sistema estuviera disponible para uso civil. El GPS funciona en cualquier condición climática, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día. No hay tarifas de suscripción ni cargos de configuración para usar GPS.

Cómo funciona un GPS

Los satélites del GPS circundan la tierra dos veces al día en una órbita muy exacta y transmiten la información de la señal a la tierra. Los receptores GPS toman esta información y utilizan la triangulación para calcular la ubicación exacta del usuario. Esencialmente, el receptor GPS compara el tiempo que una señal fue transmitida por un satélite con el tiempo que fue recibido. La diferencia de tiempo indica al receptor GPS qué tan lejos está el satélite. Ahora, con las mediciones de distancia de algunos satélites más, el receptor puede determinar la posición del usuario y mostrarlo en el mapa electrónico de la unidad.

Un receptor GPS debe estar conectado a la señal de al menos tres satélites para calcular una posición 2D (latitud y longitud) y el movimiento de la pista. Con cuatro o más satélites a la vista, el receptor puede determinar la posición 3D del usuario (latitud, longitud y altitud). Una vez que se ha determinado la posición del usuario, la unidad GPS puede calcular otra información, como velocidad, rumbo, pista, distancia de viaje, distancia al destino, hora de salida y puesta del sol y más.

¿Quién usa un GPS?

Sistema de posicionamiento globalUn GPS tiene una variedad de aplicaciones en tierra, en el mar y en el aire. Básicamente, el GPS se puede utilizar en todas partes excepto donde es imposible recibir la señal tal como dentro de la mayoría de los edificios, en cuevas y otros lugares subterráneos, y bajo el agua. Las aplicaciones aéreas más comunes son para aeronaves de aviación general y comerciales. En el mar, el GPS también se utiliza típicamente para la navegación por los navegantes recreativos, los pescadores comerciales, y los marineros profesionales. Las aplicaciones basadas en tierra son más diversas. La comunidad científica utiliza GPS para su capacidad de sincronización de precisión e información de posición.

Los topógrafos usan GPS durante gran parte de su trabajo. El GPS ofrece ahorros de costes reduciendo drásticamente el tiempo de preparación proporcionando una precisión increíble. Las unidades básicas de estudio, que cuestan miles de dólares, pueden ofrecer precisiones de hasta un metro. Sistemas más costosos están disponibles que pueden proporcionar precisiones a un centímetro.

Los usos recreativos del GPS son casi tan variados como el número de deportes disponibles. El GPS es popular entre los excursionistas, cazadores, motos de nieve, ciclistas de montaña, y esquiadores de fondo, sólo por nombrar unos pocos. Cualquier persona que necesita hacer un seguimiento de dónde está, para encontrar su camino a un lugar especificado, o saber qué dirección tomar.

El GPS es ahora herramienta común en los automóviles. Algunos sistemas básicos están en su lugar y proporcionan asistencia de emergencia en carretera al pulsar un botón (mediante la transmisión de su posición actual a un centro de datos). También hay sistemas más sofisticados que muestran su posición en un mapa de calles. En la actualidad, estos sistemas permiten a un conductor para realizar un seguimiento de dónde se encuentra y sugieren la mejor ruta para seguir para llegar a la ubicación designada.

Qué precisión tiene un GPS

Sistema de posicionamiento globalLos receptores GPS de hoy en día son extremadamente precisos, gracias a su diseño multicanal en paralelo. Los 12 receptores de canales paralelos de Garmin se bloquean rápidamente en los satélites cuando se encienden y mantienen conexiones fuertes, incluso en bosque denso o en entornos urbanos con edificios altos. Ciertos factores atmosféricos y otras fuentes de error pueden afectar la precisión de los receptores GPS. Los receptores GPS Garmin® tienen una precisión de 15 metros como media.

Los nuevos receptores GPS de Garmin con capacidad WAAS (Wide Area Augmentation System) pueden mejorar la precisión a menos de tres metros en promedio. No se requiere equipo adicional ni cuotas para aprovechar el WAAS. Los usuarios también pueden obtener una mejor precisión con el GPS diferencial (DGPS), que corrige las señales GPS a un promedio de tres a cinco metros. La Guardia Costera de los Estados Unidos opera el servicio de corrección DGPS más común. Este sistema consiste en una red de torres que reciben señales GPS y transmiten una señal corregida por los transmisores de baliza. Para obtener la señal corregida

El sistema de satélites GPS

Sistema de posicionamiento globalLos 24 satélites que componen el segmento espacial GPS están en órbita alrededor de la tierra a unos 12.000 kilómetros sobre nosotros. Se mueven constantemente, haciendo dos órbitas completas en menos de 24 horas. Estos satélites están viajando a velocidades de aproximadamente 7,000 millas por hora.

Los satélites GPS son alimentados por energía solar. Tienen baterías de reserva a bordo para mantenerlas funcionando en caso de un eclipse solar, cuando no hay energía solar. Los pequeños propulsores de cohetes en cada satélite los mantienen volando en el camino correcto.

Curiosidades del mundo GPS

  • El primer satélite GPS fue lanzado en 1978.
  • En 1994 se logró una constelación completa de 24 satélites.
  • Cada satélite está construido para durar unos 10 años. Los reemplazos se construyen constantemente y se ponen en órbita.
  • Un satélite GPS pesa aproximadamente 2.000 libras y tiene unos 17 pies de ancho con los paneles solares extendidos.
  • La potencia del transmisor es de sólo 50 vatios o menos.

La señal de GPS

Los satélites GPS transmiten dos señales de radio de baja potencia, denominadas L1 y L2. GPS civil utiliza la frecuencia L1 de 1575,42 MHz en la banda UHF. Las señales viajan por línea de visión, lo que significa que pasarán a través de las nubes, vidrio y plástico, pero no pasarán por la mayoría de los objetos sólidos como edificios y montañas.

Una señal GPS contiene tres bits de información diferentes: un código pseudoaleatorio, datos de efemérides y datos de almanaque. El código pseudoaleatorio es simplemente un código de identificación que identifica qué satélite está transmitiendo información. Puede ver este número en la página de satélite de su unidad GPS de Garmin, ya que identifica qué satélites está recibiendo.

Los datos de Efemérides indican al receptor GPS dónde debe estar cada satélite GPS en cualquier momento durante el día. Cada satélite transmite datos de efemérides que muestran la información orbital para ese satélite y para cada otro satélite del sistema.

Los datos de almanaque, que se transmiten constantemente por cada satélite, contienen información importante sobre el estado del satélite (saludable o insalubre), fecha y hora actuales. Esta parte de la señal es esencial para determinar una posición.

Aspectos que ofuscan la señal de GPS

Los factores que pueden degradar la señal GPS y afectar así la precisión son los siguientes:

  • Retardos de ionosfera y troposfera – La señal de satélite disminuye a medida que pasa a través de la atmósfera. El sistema GPS utiliza un modelo incorporado que calcula un promedio de retardo para corregir parcialmente este tipo de error.
  • Multipath de señal – Esto ocurre cuando la señal GPS se refleja en objetos tales como edificios altos o grandes superficies rocosas antes de que llegue al receptor. Esto aumenta el tiempo de recorrido de la señal, causando así errores.
  • Errores del reloj del receptor – El reloj incorporado del receptor no es tan preciso como los relojes atómicos a bordo de los satélites GPS. Por lo tanto, puede tener muy ligeros errores de tiempo.
  • Errores orbitales – también conocidos como errores de efemérides, éstos son inexactitudes de la localización reportada del satélite.
  • Número de satélites visibles – Cuantos más satélites un receptor GPS pueda “ver”, mejor será la precisión. Los edificios, el terreno, las interferencias electrónicas o incluso el follaje denso pueden bloquear la recepción de la señal, causando errores de posición o posiblemente ninguna lectura de posición. Por lo general, las unidades GPS no funcionan en interiores, subacuáticos o subterráneos.
    Geometría / sombreado de satélites – Se refiere a la posición relativa de los satélites en un momento dado. La geometría ideal de los satélites existe cuando los satélites están situados en ángulos anchos entre sí. La geometría pobre resulta cuando los satélites están situados en una línea o en un agrupamiento apretado.
  • La degradación intencional de la señal de satélite – Selective Availability (SA) es una degradación intencional de la señal una vez impuesta por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. SA tenía la intención de evitar que los adversarios militares utilizaran las señales GPS de alta precisión. El gobierno desactivó SA en mayo de 2000, lo que mejoró significativamente la precisión de los receptores GPS civiles.