GPS

Después un tiempo sin poder escribir. Hoy vuelve Generación Smart con un tema que interesa a todos. El sistema GPS. ¿Qué es?  ¿Cómo funciona? ¿Cuándo surgió?

Antecedentes

Fue en los años 70 cuando los EEUU desarrollo el sistema TRANSIT o NAVSAT, que entro en servicio en 1965. Este fue el primer sistema de navegación por satélite funcional. En su primera etapa fue utilizado por la marina de los EE.UU para conseguir información precisa para el lanzamiento de misiles y para la navegación de barcos. Era necesario que se encontrara el horizonte visible con la porción terrestre a analizar, lo que suponía que había zonas que podían tardar más de 2 horas en recibir los datos. En el mejor de los casos la actualización de la posición era de unos 40 minutos y el observador debía permanecer casi estático.

Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual, a la que se declaró con capacidad de operación total en abril de 1995. En total 24 satélites, situados en 6 planos separados unos 60 grados y a una altura de 20.000 Km, forman lo que hoy en día conocemos como GPS.

El sistema GPS.

El sistema consta de 24 satélites distribuidos en 6 órbitas polares diferentes. Realmente son 27: 24 operativos y 3 de respaldo. Cada satélite circunvala dos veces cada 24 horas, mide 5 metros de largo y pesa unos 860 Kg. La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosadas en los costados del satélite. La función de cada satélite es la de enviar continuamente una señal con la posición del satélite y la hora GMT con el envió de la señal.

Por norma general y para mayor exactitud del sistema, dentro del campo visual de cualquier receptor GPS siempre hay por lo menos 8 satélites presentes. Cuantas más señales capte el receptor, más precisión tendrá para determinar las coordenadas donde se encuentra situado.

Cómo funciona?

El principio básico del funcionamiento del GPS es la triangulación. Con 3 satélites se puede obtener la posición de un punto determinado y con un cuarto satélite se puede precisar la altitud. A partir del tiempo que tarda la señal de cada satélite en ser recibida, se establece la posición.

Sabiendo la distancia que nos separa de 3 puntos podemos determinar nuestra posición relativa a esos mismos 3 puntos a través de la intersección de 3 circunferencias cuyos radios son las distancias medidas entre el receptor y los satélites. En la realidad, son necesarios como mínimo 4 satélites para determinar nuestra posición correctamente, pero dejemos eso para después.

Cada satélite transmite una señal que es recibida por el receptor, éste, por su parte mide el tiempo que las señales tardan a llegar hasta él. Multiplicando el tiempo medido por la velocidad de la señal (la velocidad de la luz), obtenemos la distancia receptor-satélite, (Distancia= Velocidad x Tiempo).

La atmósfera interfiere en el tiempo de llegada de la señal desde los satélites. Una señal de GPS pasa a través de partículas cargadas en su paso por la ionosfera y luego pasa a través de vapor de agua en la troposfera, perdiendo algo de velocidad. Y lo hace de manera desigual dependiendo de la densidad de estas partículas en esa parte del mundo. Así se crea el mismo efecto que un error de precisión en los relojes a la hora de sincronizar las señales de radio.

Pero ello se arregla con la inclusión de la medición a un cuarto satélite. Cualquier error debido a la sincronización de las señales (los satélites posen un reloj atómico, pero los receptores de GPS no) o a los factores atmosféricos afectaría a las tres medidas por igual, pudiendo dar un resultado erróneo. Si el error se ha producido, la cuarta señal no coincidirá con tal punto. Entonces, el receptor de GPS realiza un cálculo averiguando qué factor correctivo aplicado a las cuatro mediciones las hace coincidir en el mismo punto. Y una vez lo ha hallado lo aplica, obteniendo así la posición correcta.

El futuro del GPS.

El futuro del GPS pasa por la constelación de satélites GALILEO. La cual cuenta actualmente con 4 satélites. Pero a lo largo de 2014 y 2015 este número aumentará y empezará a dar servicio público. De este modo se contará con una señal GPS mejorada y más precisa.

Esta constelación solo es visible al mismo tiempo durante un máximo de dos a tres horas al día. Esta frecuencia aumentara a medida que se desplieguen más satélites y se conecten más estaciones terrestres. Será a su vez compatible con la constelación estadounidense (NAVSTAR), aunque a diferencia de esta, GALILEO sitúa los satélites en órbitas con una inclinación mayor respecto del plano ecuatorial, consigue también una mejor cobertura en latitudes altas, lo que tiene especial interés para los usuarios del norte de Europa, una zona que actualmente no estaba cubierta adecuadamente por la constelación NAVSTAR. Además, la señal, al tener mejores propiedades, es más fácil de captar y seguir y es más resistente a las interferencias y reverberaciones.

Por otra parte el sistema de posicionamiento cuántico permitirá ser unas 1000 veces más preciso que el GPS, pero esta tecnología no se verá hasta 2016 y será de uso militar.