¿Cómo funciona el GPS?

GPS (Global Positioning System) es un sistema de navegación basado en satélites. Proporciona información basada en la hora y la ubicación a un receptor GPS, ubicado en cualquier lugar sobre o cerca de la superficie terrestre. El GPS funciona en todas las condiciones climáticas, siempre que haya una línea de comunicación visual sin obstrucciones con 4 o más satélites GPS. El GPS es administrado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.

Un GPS funciona independientemente de la conexión a Internet o de la señal telefónica del usuario. Sin embargo, su presencia aumenta la efectividad del posicionamiento GPS. El GPS fue desarrollado inicialmente por el gobierno de los EE. UU. con fines militares, pero actualmente, cualquier persona con un receptor GPS puede recibir señales de radio de los satélites GPS.
Nota:

• Inicialmente, cuando se desarrolló el GPS para uso militar, había 24 satélites GPS orbitando la tierra cada 12 horas a una altura de 20, 180 km.
• Se ubicaron 4 satélites GPS en cada una de las 6 órbitas con una orientación de 60 grados entre sí. Estos planos orbitales no giran con respecto a ninguna estrella.
• Más tarde, el número de satélites se incrementó a 32 para mejorar la precisión de la ubicación.
• La localización de cualquier receptor GPS se realiza a través de la medición del tiempo de vuelo.
• Cuanto mayor sea el número de satélites en la línea de visión de un receptor GPS, mayor será la precisión en la determinación de la posición del receptor.

¿Cómo funciona el GPS?

En cualquier instante de tiempo, hay al menos 4 satélites GPS en la línea de visión de un receptor en la tierra. Cada uno de estos satélites GPS envía información sobre su posición y la hora actual al receptor GPS en instantes de tiempo fijos y regulares. Esta información se transmite al receptor en forma de señal que luego es interceptada por los dispositivos receptores. Estas señales son señales de radio que viajan a la velocidad de la luz. La distancia entre un receptor GPS y el satélite se calcula encontrando la diferencia entre el momento en que se envió la señal desde el satélite GPS y el momento en que el receptor GPS recibió la señal.

Una vez que el receptor recibe la señal de al menos tres satélites, el receptor señala su ubicación mediante el proceso de trilateración. Un GPS requiere al menos 3 satélites para calcular la posición 2-D (latitud y longitud en un mapa). En este caso, el receptor GPS asume que se encuentra al nivel medio del mar. Sin embargo, se requieren al menos 4 satélites para encontrar la posición tridimensional de los receptores (latitud, longitud y altitud).

¿Qué es la trilateración?

La trilateración es el proceso de determinar su posición en función de la intersección de las esferas. Cuando un receptor recibe una señal de uno de los satélites, calcula su distancia desde el satélite considerando una esfera tridimensional con el satélite ubicado en el centro de la esfera. Una vez que el receptor hace lo mismo con otros 3 satélites GPS, el receptor procede a encontrar el punto de intersección de las 3 esferas para calcular su ubicación.

Una vez que se calcula la posición de un receptor, el dispositivo GPS puede calcular fácilmente:

• Hora de salida y puesta del sol
• Velocidad
• Pista
• distancia al destino

del receptor GPS.

Retos técnicos a los que se enfrenta el GPS:

• Sincronización de tiempo entre satélites individuales y el receptor GPS
• Actualización en tiempo real de la ubicación exacta del satélite GPS
• Medición precisa del tiempo de vuelo
• Interferencia con otras señales

Sincronización de tiempo:

• Cada uno de los satélites GPS está equipado con un reloj atómico para mantener la hora actualizada y precisa. Para actualizar y proporcionar una sincronización precisa en el receptor, el receptor utiliza el cuarto satélite GPS para mantener su sincronización precisa. Con el tiempo con el receptor y los satélites GPS mantenidos por los relojes atómicos, el receptor puede calcular la diferencia horaria exacta.

  Los satélites GPS se gestionan constantemente desde estaciones terrestres para resolver la sincronización horaria.

Importancia de la ultra precisión de sincronización de tiempo:

• La radiación electromagnética se propaga con la velocidad de la luz. La precisión en la posición es directamente proporcional a la medición del tiempo, ya que velocidad * tiempo = distancia, por lo tanto, incluso una pequeña desviación en el cálculo del tiempo puede crear una gran diferencia en la distancia debido a la gran velocidad de la luz.

Actualización en tiempo real de la ubicación exacta del satélite.

• Esto se hace monitoreando los satélites desde un número de sistemas terrestres ampliamente distribuidos.
• La estación maestra analiza todas las medidas y transmite la posición real de cada satélite.

GPS diferencial[DGPS]

DGPS es una mejora sobre el GPS que proporciona una precisión de ubicación mejorada
Funciona:

• El receptor GPS, también llamado estación base, debe configurarse en una ubicación conocida con precisión.
• El receptor de la estación base calcula su posición en función de las señales del satélite y compara su ubicación con la ubicación conocida
• La diferencia entre las dos ubicaciones se aplica a los datos registrados por el receptor GPS
• Proporciona precisión de posición en un rango de submetros a cm

DGPS utiliza una red de estaciones terrestres fijas para transmitir la diferencia entre las posiciones indicadas por los sistemas de satélite GPS y las posiciones fijas conocidas. Estas estaciones transmiten la diferencia entre las pseudodistancias de satélite medidas y las pseudodistancias reales y las estaciones receptoras pueden corregir sus pseudodistancias en la misma cantidad.

Referencias:

• Física.org
• Wikipedia

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