El Sistema GPS

 

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El GPS o sistema de  posicionamiento Global, Global Positioning System, es un sofisticado  sistema de  orientación y  navegación cuyo  funcionamiento  está  basado en la recepción y  procesamiento de las informaciones emitidas por una constelación de  24 satélites  conocida como  NAVSTAR, orbitando en diferentes alturas a unos 20.000 km. por encima de la superficie terrestre.

Cada satélite‚lite da  dos vueltas diarias  al planeta, una  cada doce horas.  Las trayectorias y la velocidad orbital  han sido calculadas para que  formen una especie  de  red  alrededor  de la  tierra  (debe  haber  todo momento  cinco satélite‚lites a  la vista  en cualquier  zona), de  manera que  un receptor GPS a cualquier hora del día o de  la noche, en cualquier lugar, con  independencia de las condiciones metereológicas, pueda  facilitar la posición que ocupa  al captar y procesar las señales emitidas por un mínimo de tres satélites.

 

 

En la década  del 80 la  armada de USA  puso en funcionamiento  un sistema de navegación basado  en las  emisiones de  un reducido grupo de satélites. Este sistema llamado SATNAV fue el antecedente del actual GPS.

El GPS fue  desarrollado por el  departamento de defensa  de USA al final del período de la "Guerra Fría" con fines militares. Superada esta  fase, se  extendió su  uso a aplicaciones civiles comenzando a utilizarse en náutica y aviación.

En sus comienzos  la cobertura no  era total pues  faltaban situar en  orbita varios satélites, además su elevado precio  los ponía fuera de alcance de  la mayoría  de  los  usuarios potenciales.  Actualmente  la  red  es  totalmente operativa, incluyendo  satélites de  reserva y  hay disponibles en el mercado receptores GPS a precio asequible.

La evolución es incesante y cada día son m s pequeños y ligeros ofreciendo al mismo tiempo prestaciones superiores  y una mayor autonomía de funcionamiento operativo cuando son alimentados con pilas.

COMO FUNCIONA EL GPS?

Cada satélite de la constelación GPS emite continuamente dos códigos de datos diferentes  en  formato  digital.  Estos  datos son transmitidos por medio de señales de radio.

Uno de los códigos está reservado  para uso exclusivamente militar y no puede ser captado por  los receptores GPS  civiles. El otro  código, (de uso civil) transmite  dos  series  de  datos  conocidas como ALMANAQUE y EFEMERIDES. Los datos ofrecidos  por el  almanaque y  las efemérides informan sobre el estado operativo de funcionamiento del satélite, su situación orbital, la fecha y la hora.

 

 

Obviamente  cada  satélite  emite sus  propias  efemérides  y  almanaque  que incluyen  un código  de identificación  específico para  cada  satélite.  Los satélites están equipados con  relojes atómicos que garantizan  una precisión casi total, ofreciendo un error estimado en un segundo cada 70.000 años.

Un receptor GPS  debe disponer en  su memoria del  almanaque y las efemérides actualizadas (si no lo están  se actualizar n automáticamente en poco tiempo, cuando el receptor sintonice las señales  emitidas  por  un  mínimo  de  tres satélites), de esta manera sabrá donde buscar los satélites en el firmamento.

Los satélites transmiten continuamente su situación orbital y la hora exacta. El tiempo transcurrido entre la emisión de los satélites y la recepción de la señal  por  parte  del  receptor  GPS, se convierte en distancia mediante una simple fórmula  aritmética (el  tiempo es  medido en nanosegundos).

Al captar las señales de un mínimo de tres satélites, por triangulación el receptor GPS determina la posición que ocupa sobre  la superficie de la tierra mediante el valor  de  las  coordenadas  de  longitud y latitud (dos dimensiones). Dichas coordenadas pueden  venir expresadas en grados, minutos y/o segundos o en las unidades de medición utilizadas en otros sistemas geodésicos. La captación de cuatro o m s satélites facilita,  además, la altura del receptor con respecto al nivel del mar (tres dimensiones).  Las  coordenadas  de  posición y  otras informaciones que puede facilitar el  receptor, se actualizan cada segundo  o cada dos segundos.

CALIDAD DE LAS SEÑALES EMITIDAS

La calidad de  las señales emitidas  por los satélites,  llamada SQ, está  en función  de la  posición que  ocupen en  el firmamento,  en relación  con  la situación de la antena del receptor,  o del estado operativo del satélite. La calidad de las señales afecta  a la precisión de las  informaciones ofrecidas por los  receptores. Algunos  modelos tienen  escalas gráficas que indican la calidad de las señales recibidas.

TIPOS DE RECEPTORES  GPS

Existen dos tipos  de receptores GPS,  los fijos y  los portátiles. Los fijos son  de mayor  tamaño, funcionan  alimentados por  baterías  de  automóviles, aviones o  barcos y  tienen antenas  exteriores independientes. Habitualmente van interconectados a otros  instrumentos electrónicos como radares,  sondas, plotters, pilotos automáticos, etc.

Los  receptores  portátiles  son  mucho   m s  pequeños  y  además  de  poder alimentarse con  la energía  de cualquier  vehículo (con  adaptadores) pueden funcionar por medio de pilas. Las antenas suelen ir instaladas en el interior del receptor (la mayoría tiene disponible antenas exteriores que se adquieren como  opcionales),  aunque  también  las  hay  desmontables  para  poder  ser instaladas  en  el  exterior. Algunos  modelos  portátiles  también  pueden interconectarse con otros instrumentos electrónicos.

FRECUENCIAS MILITAR Y CIVIL.

Como se dijo en boletines anteriores, cada satélite transmite series de datos en dos códigos  diferentes. Uno de  los códigos, el  código P, está reservado para su utilización militar, el otro código, llamado SPS, está destinado para uso civil. Cada código tiene una frecuencia de emisión diferente.

CODIGO P: El código exacto, protegido conocido por las siglas PPS y también llamado código P, está reservado para  un uso estrictamente militar y como su propio nombre indica ofrece la máxima  exactitud y precisión. Se emite en  la frecuencia de 1.227,6 Mhz.

CODIGO SPS: El código de  adquisición ordinaria, también llamado SPS o  C/A, es el código destinado a uso  civil. Todos los receptores GPS "civiles" están sintonizados con este código. Se emite en la frecuencia de 1.575,42 Mhz.

 

 

DISPONIBILIDAD SELECTIVA

La estación  central del  sistema GPS,  situada en Estados Unidos, degrada la precisión de las señales civiles (por  medio de una pequeña diferencia en  el tiempo de  emisión/recepción) de  forma que  ofrezca un  pequeño error, error estimado entre los 25 y 100  metros. Esta degradación de la señal es conocida como disponibilidad  selectiva (SA).  Esta diferencia  en las  coordenadas de posición nada  importante para  la utilización  del GPS  para usos corrientes civiles, es debida  a motivos de  seguridad, no hay  que olvidar que  algunos sistemas de dirección de mísiles utilizan el sistema GPS como guía.

GPS DIFERENCIAL

Se llama GPS diferencial (DGPS)  al sistema modificado, desarrollado por  los fabricantes de receptores civiles, que  pretende conseguir o aproximarse a la precisión ofrecida por el código  militar. Para conseguir este aumento  de la precisión  es  necesario  acoplar al  receptor  GPS,  mediante  una  conexión interface especial, otro tipo de receptor. Este receptor complementario (debe ser  compatible) capta  las señales  emitidas por  una  red  de  radiobalizas situadas en estaciones costeras. Un  aparato que disponga de la función DGPS, interconectado  con  un receptor  adecuado,  puede "burlar" la  disponibilidad selectiva impuesta por el Departamento de Defensa de USA, al disponer de otra serie de datos complementarios, ofreciendo  de esta manera, una precisión  en las coordenadas de  posición que oscila  entre los cinco  y los diez  metros.

Cada  marca  de  GPS  facilita los  par metros  de  compatibilidad  entre los receptores con función  DGPS y los  receptores que captan  las señales de las radiobalizas.  La  utilización  del  sistema DGPS  solo  es  aplicable  en la navegación marina, siendo especialmente útil  en las maniobras de atraque con poca visibilidad.

LIMITACIONES DEL GPS.

El  GPS  es, sin  duda,  el más  sencillo  y preciso  sistema  de  navegación

disponible en la actualidad, sin embargo  no debe ser el único instrumento de navegación de un vehículo, ya  que además poder estropearse, el  departamento de defensa  de  USA  puede y ya  lo ha  hecho en  alguna ocasión interrumpir, modificar o degradar las señales cuando lo considere oportuno.

Las señales emitidas por los satélites  se comportan, en cierto modo como  la luz, ya que pueden traspasar el cristal y el plástico, sin embargo no pasan a través de montañas, túneles,  edificios, superficies metálicas o  estructuras similares.  La  antena  de  los  receptores debe estar orientada de forma que tenga "acceso visual" a los satélites.

En el modo  navegación, un receptor  GPS indica la  distancia que falta  para alcanzar un punto de destino en línea  recta. Hay que tener en cuenta que  en la  tierra  es  prácticamente  imposible,  incluso en el desierto, seguir una trayectoria  recta por  largos periodos  ya que  los  accidentes  orográficos

obligan a variar la dirección con frecuencia.

FUNCIONES DE UN RECEPTOR GPS.

La función principal de un GPS  es informar sobre la posición que  ocupa, por

medio de las coordenadas de longitud  y latitud, de manera que dicha posición pueda situarse con  facilidad en un  mapa o plano.  Pero hay otras  funciones para facilitar la navegación:

NOMBRE Y DESCRIPCIÓN DE LAS FUNCIONES

POSICIÓN: Indicar la posición del  GPS. Facilita la localización casi  exacta

del receptor. Para ello el GPS tiene que haber captado las señales emitidas al menos por tres satélites.

ALTURA: al captar  4 o m s  satélites el GPS  indica la altura sobre el nivel

del mar. (sensible a Disponibilidad Selectiva)

TIEMPO: el  GPS una  vez inicializado,  aunque no  reciba señales satelitales

indica la hora y fecha, si recibe señales indica la hora exacta.

PUNTO DE PASO O PUNTO DE REFERENCIA:  El waypoint es la posición de un  único lugar  sobre  la  superficie  de  la tierra expresada por sus coordenadas. Un waypoint  puede  ser un  punto  de inicio,  de  destino o  un  punto de  paso intermedio  en  una  ruta.  Todos  los GPS pueden almacenar en memoria varios Waypoints,  los  cuales  se pueden  borrar,  editar,  e identificar  mediante caracteres alfa numéricos.

Algunos  GPS permiten  agrupar una  sucesión de  waypoints  representando  un recorrido, a esto se le llama ruta.

DISTANCIA: introduciendo las coordenadas  de dos puntos, la función distancia del GPS  informa la  separación de  ambos y  el rumbo  en grados  que hay que seguir desde el marcado como inicio  al de destino. Lo mismo puede realizarse con dos waypoints.

NAVEGACION: Introduciendo un waypoint como  destino y otro como origen,  esta función facilitar  actualizando continuamente los siguientes datos:

-Rumbo de  contacto (Bearing),  rumbo expresado  en grados que debemos seguir desde la posición actual para llegar al destino.

-Rumbo actual (Heading track) Rumbo en grados que llevamos en ese momento. Un

GPS es una brújula exacta no  afectada por campos magnéticos o metales de los vehículos.

-Distancia: el GPS  nos informa la  distancia que falta  en línea recta  para

llegar a nuestro punto de destino.

-Error transversal: (CDI, XTE) El GPS nos informa del alejamiento transversal

de la trayectoria ideal en línea recta desde el inicio al destino.

-Velocidad: (Speed) Velocidad a la que se está desplazando el GPS.

-Tiempo estimado de llegada: (ETA,TTG)  Indica el tiempo estimado de  llegada al destino  en línea  recta manteniendo  constante la  velocidad (por razones obvias solo aplicable a navegación aérea o marítima.)

-Tiempo  estimado  de  viaje:  (ETE)  Tiempo estimado de viaje a la velocidad indicada por el GPS.

SET UP: La  función set up  se utiliza para  programar el GPS  y controlar la

forma que ofrece la información, por  ej. si los datos queremos que aparezcan en millas o km, en pies o metros. etc. al igual que el sistema de coordenadas que pueden utilizar los sistema Lat/Lon, UTM, y los diferentes GRID.

-Datum  (map  datum)  representa  un sistema  geométrico  de  la  tierra.  La  subfunción DATUM  permite seleccionar  entre los  dif. sistemas  en que están basados los mapas y cartas marinas.

-Norte de  Referencia: (North  Reference) Permite  elegir el  modelo de norte (magnético, indicado  por las  brújulas) o  verdadero (true) que el GPS tomar  para indicar las informaciones sobre rumbo actual y de contacto.

-Unidades de distancia: (Dist. units) Esta subfunción permite seleccionar las

unidades de longitud de la información (km, millas y millas marinas)

-Unidades de elevación: (Elev. units) Esta permite elegir entre metro y pies.

-Hora: (Time)  Selecciona el  formato de  la hora,  se puede  elegir entre UT

(universal time) y GMT. Algunos modelos también traen la hora local.