GPS, el Sistema de Posicionamiento Global.

  • Qué es GPS

El sistema de Posicionamiento Global (GPS/Global Positioning System) es un sistema de radionavegación de cubrimiento mundial conformado por una constelación de 24 satélites y sus correspondientes estaciones terrestres.

El isitema se fundamenta en la utilización de "estrellas hechas por el hombre" como puntos de referencia para calcular posiciones en tierra, mar o aire con una exactitud de metros.

Más aún, con las nuevas versiones de receptores GPS, es posible realizar mediciones de posición con errores del orden de un centímetro! Los receptores necesarios para acceder al sistema han sido reducidos de tamaño, peso y costo hasta el punto que esta tecnología está a disposición de prácticamente todo el mundo.

La popularidad del GPS va en aumento a medida que la tecnología y su creciente aceptación reducen el costo de adquisición de una de estas unidades. Actualmente, se encuentran instalados en automóviles, barcos, aviones, equipo de costrucción e incluso en computadoras portátiles. Las predicciones apuntan a que en un futuro no muy lejano, el GPS será un electrodoméstico tan básico como el teléfono.

  • Cómo funciona el sistema

Por descabellado que parezca, la idea básica que subyace a los sistemas GPS consiste en la utilización de satélites en el espacio, a mas de 17.000 kilómetros de distancia, como puntos de referencia para establecer localizaciones en tierra. El sistema de medición de posicion en tierra se fundamenta entonces en la determinación de la distancia desde el punto al cual queremos determinarle su posición hasta tres de los satélites en el espacio, para luego proceder por triangulación, a calcular la posición del punto de interés.

Para aclarar el concepto, suponga que medimos la distancia desde nos encontramos hasta un cierto satélite, y que ésta resulta ser 17.000 Kilómetros. Sabiendo que nos encontramos a 17.000 Kilómetros de un satélite en particular, reduce nuestras posibilidades de ubicación en todo el universo a la superficie de una esfera centrada en el satélite y de radio 17.000 Kilómetros.

Si ahora medimos la distancia a que nos encontramos de un segundo satélite y hallamos que ésta es de 18.000 Kilómetros, sabremos entonces que no solamente nos encontramos sobre la superficie de la primera esfera, sino que también nos encontramos sobre la superficie de una esfera cuyo radio es de 18.000 Kilómetros. En otras palabras, nos hallamos sobre el círculo en donde estas dos esferas se intersectan (se cortan).

Suponiendo que la medición de nuestra distancia hasta un tercer satélite arroja como resultado 19.000 Kilómetros, las posibilidades de nuestra ubicación se reducen aún más, a los dos puntos en los cuales la tercera esfera corta (intersecta) el círculo resultante de la intersección de las dos primeras esferas. Para decidir exactamente en cual de los dos puntos nos ubicamos, sería posible efectuar una cuarta medición. Sin embargo esto no es necesario, ya que uno de los puntos calculados por lo general resulta ser irreal (ridículo, por estar demasiado lejos de la tierra). El procedimiento anterior es lo que comúnmente se conoce como método de una triangulación para el establecimiento de una posición geográfica.

  • ¿Cómo se mide la distancia a los satélites?

La pregunta no es de poca monta. Se trata de medir la distancia hasta un objeto que se mueve constantemente en el espacio a más de 17.000 Kilómetros. El principio de la medición es muy sencillo, aunque llevarlo a la práctica es un poco más complejo. Esto se consigue estableciendo el tiempo que tarda una señal de radio enviada desde el satélite en llegar hasta nuestro receptor. Si sabemos a que velocidad viaja esta señal, podemos calcular por simple multiplicación de la velocidad por el tiempo, la distancia recorrida por la onda de radio.

La velocidad a que viaja la onda de radio en cuestión es muy aporximadamente igual a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 Kilómetros por segundo. A esta velocidad, el tiempo de viaje de la onda, desde el satélite hasta el receptor, es de unos 0,06 segundos (seis centésimas de segundos). La tarea no parece muy difícil, pero pensemos en que si el error en la medición del tiempo de viaje es de solo 1%, el error en la medida de la distancia será de 170 Kilómetros!. Para lograr errores razonables en la medición de la distancia, es necesario mejorar la precisión de la medida del tiempo por un factor de más de 10.000, esto es, errores de menos de una diezmilésima de 1%.

Los anteriores requisitos exigen el uso de relojes extremadamente precisos. Para tal efecto, los satélites GPS llevan a bordo dos relojes atómicos, uno de Cesio y el otro de Rubidio, con el fin de aumentar la confiabilidad y la precisión de la medida del tiempo. A su vez, estos relojes son monitoreados por estaciones de rastreo en tierra, las cuales corrigen las lecturas del tiempo a bordo cuando sea necesario.

  • Se necesita un cuarto satélite

Si la medición del tiempo de viaje de la señal de radio es la clave del GPS, entonces el cronómetro en nuestro receptor debe ser extremadamente bueno. Un desajuste de tan solo una milésima de segundo a la velocidad de la luz se traduce en un error de 300 Kilómetros.

 Como no resulta económicamente factible dotar el receptor del usuario de un reloj atómico, se recurre a una argucia que permite relojes de precisión inferior. El secreto para lograr mediciones perfectas del tiempo, consiste en la medición de distancia a un cuarto satélite, lo que permite el cálculo de un factor de corrección, el cual, aplicado al reloj del receptor, consigue que su medición sea tan precisa como si estuviera dotado de un reloj atómico.

  • Hay que saber dónde están los satélites

Hasta ahora se ha asumido que se sabe donde están ubicados los satélites que se usan como puntos de referencia. Pero, ¿cómo se sabe exactamente dónde están, si se mueven constantemente a más de 17.000 kilómetros de distancia?

Por una parte, las órbitas en que se mueven estos satélites son calculables con gran precisión, y las matemáticas que las rigen son relativamente simples. Esto se debe en parte a que vuelan tan alto que los efectos perturbadores de la atmósfera son despreciables. Además, los satélites han sido colocados en órbitas muy precisas de acuerdo al plan maestro del sistema. Esto hace posible que todo receptor GPS en tierra almacene en su memoria un almanaque que le permite saber donde se encuentra cada satélite, en cada instante.

Las órbitas básicas están muy bien definidas, pero para mayor precisión, éstas son monitoreadas permanentemente por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, mediante el uso de radares muy precisos que verifican con exactitud la altura, posición y velocidad de los satélites. Las diferencias entre los valores calculados y medidos se denominan "errores de ephimeris", los cuales son transmitidos al satélite. Este, a su vez, incluyen la información de posición corregida en el mensaje de navegación que envía a los receptores en tierra.

  • Otras fuentes de errores

La señal de radio cuyo tiempo de propagación se mide, no viaja solamente por el vacío, en donde se puede asumir que su velocidad de propagación es de 300.000 Kilómetros por segundo. La realidad es que a medida que la señal de GPS atraviesa las partículas cargadas de que está hecha la ionosfera y luego pasa por el vapor de agua de la troposfera, su velocidad de propagación disminuye, lo que requiere de correcciones adicionales. Estas se efectuán, en algunos casos, calculando, a partir de un modelo de la atmósfera almacenado en el computador del receptor, el retraso debido a los efectos ionosféricos y troposféricos.

Además, es posible que la señal rebote en montañas o edificios cercanos antes de llegar al receptor, lo que se conoce como error de multitrayectoria. Los receptores de buena calidad utilizan técnicas sofisticadas de procesamiento de señales para minimizar este efecto.

La precisión en el cálculo de la pocisión tambien puede sufrir merma si los satélites "visibles" en el área no conforman una buena distribución geométrica. A esto se lo conoce como el error de dilusión geométrica de la precisión. Sumado a todo esto, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, que es el dueño del sistema, introduce errores intencionales en la transmisión de de información GPS destinada a los civiles. Esto lo hacen por consideraciones de seguridad nacional, aunque en la actualidad, las tecnologías más recientes han logrado burlar un poco este inconveniente. Los receptores militares utilizan una llave de decriptación que les permite eliminar los errores intencionales y por tanto son mucho más precisos.


( home ) ( c. directiva ) ( acta fundación ) (horarios ) ( estación ) ( notas ) ( actividades ) ( download ) ( e-mail gratis )