El uso cotidiano del GPS para saber llegar a una dirección con el coche o caminando desde nuestro teléfono móvil, localizar un punto en concreto en un mapa o compartir nuestra ubicación con amigos a través de WhatsApp, ha hecho que nos resulte familiar. Sin embargo, pocos se han parado a pensar cómo es posible saber la ubicación exacta de una persona, coche u objeto de esta manera tan sencilla y cómo funciona el sistema de posicionamiento global.
Qué es GPS y cómo funciona
GPS son las siglas de Sistema de Posicionamiento Global o en inglés, Global Positioning System. Básicamente, se trata de un sistema de navegación basado en satélites (GNSS) y que fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos a principios de los años 70. Un sistema que nos permite saber la localización de cualquier persona, vehículo o cosa, la velocidad a la que se mueve y otros datos como su altura en cualquier momento y punto del globo terrestre.
El GPS funciona mediante una red de mínimo 24 satélites que se encuentran en órbita sobre nuestro planeta, aproximadamente a unos 20.000 km de altura, con órbitas distribuidas para que en todo momento haya al menos cuatro satélites visibles en cualquier punto de la Tierra.
Es decir, cuando queremos determinar la posición exacta de alguien o algo, el receptor que utilizamos debe localizar como mínimo cuatro de estos satélites de la red, de los cuales recibirá unas señales indicando la identificación y hora del reloj de cada uno de ellos y la información sobre la constelación. En base a estas señales, el receptor sincroniza su propio reloj con el tiempo del sistema GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo para calcular la distancia con el satélite. A continuación, teniendo en cuenta la velocidad de la señal y mediante el método de trilateración inversa, calcula su propia posición. Podríamos decir que el posicionamiento satelital funciona básicamente de esta manera, pero lo cierto es que se usan algoritmos muy complejos en dichos cálculos.
Tres elementos en el GPS
Podríamos decir por lo tanto que el GPS está formado por tres elementos, el usuario, el de control y el espacial. El espacial es el que se refiere a la constelación de satélites en la órbita terrestre, distribuidos en diferentes planos orbitales. El de control está formado por las estaciones de rastreo a lo largo del globo terráqueo y una estación principal, que se encargan de rastrear los satélites, actualizar sus posiciones, así como sincronizar sus relojes. Y por último, el elemento componente del usuario, que no es otra cosa que el que usa un receptor GPS para recibir y entender todas las señales GPS recibidas y transformarlas según la aplicación utilizada para que el usuario obtenga la información que espera y de la manera adecuada. En este último elemento, es donde entran en juego también las antenas y el software de procesamiento del dispositivo utilizado como receptor.
Precisión de los receptores
Los receptores pueden otorgar una precisión de unos metros, que tampoco está nada mal. Aunque esta precisión depende fundamentalmente de unos factores:
- Número de satélites sintonizados: la precisión depende en buena medida del número de satélites que ha sintonizado el receptor. Cada satélite se recibe en un canal, por lo que de cuantos más canales disponga el receptor mayor será la precisión.
- Retraso Ionosférico: cuando una onda electromagnética atraviesa el vapor de agua de la troposfera, hace que las señales de os satélite se retrasen por lo que la precisión podría verse afectada si ese retraso es mucho. Siempre será más precisa la señal de noche que de día, ya que de noche la ionosfera tiene menos ionizada.
- Señal Multi-camino: cuando las ondas golpean en obstáculos como edificios o protuberancias del propio terreno, puede generar un retraso en la señal y la consecuente pérdida de precisión.
- Errores de horario: este tipo de errores se da por la descompensación entre el horario de los satélites y el receptor. Los satélites equipan relojes de lata precisión, cosa que no tienen los receptores, por lo que este error ocurre a veces.
- Errores de Efemérides: la calidad de la señal emitida por los satélites se denomina SQ (Signal Quality). y es sumamente dependiente de la situación orbital.
Aplicaciones y usos del GPS
Aunque el origen de la navegación por satélite fue militar, lo cierto es que con el paso del tiempo se ha ido extendiendo sus aplicaciones y usos muy diferentes. Al principio su uso era profesional, sin embargo, desde hace más de 20 años, el sistema GPS es utilizado en numerosas actividades y dispositivos de nuestra vida cotidiana.
Uso militar
El GPS nació como una herramienta de uso militar con la idea de desarrollar un sistema que fuese capaz de proporcionar la situación exacta o velocidad de un objeto o persona dentro del ámbito de una operación especial militar, y que posteriormente fue utilizado para otros fines como el desarrollo de sistemas de radio navegación o lanzamiento de armas a una determinada situación geográfica, entre otras.
También se utilizaba para determinar los puntos del globo donde se han realizado detonaciones nucleares para poder analizar la actividad militar de los ejércitos de otros países que se consideren peligrosos o rivales. Algunas de estas herramientas terminaron también siendo utilizadas por civiles y militares en todo tipo de medios, como la navegación terrestre, marítima y aérea. El sector militar ha utilizado este sistema desde su creación pero en los años 90 se comenzó a integrar en el sector civil.
Navegación terrestre, marítima y aérea
Hoy en día la mayoría de nosotros tenemos, o hemos tenido dispositivos de navegación GPS para el coche, con pantalla táctil, y que nos guían con indicaciones en pantalla y notificaciones en formato audio para llevarnos a nuestro destino. Es uno de los sistemas que no suele faltar en los teléfonos móviles de hoy en día y en los que podemos hacer uso del GPS con diferentes finalidades. Lo tenemos en el teléfono móvil o en el smartwatch y no solo nos permite encontrar el camino hasta un punto sin perdernos, sino que es capaz de detectar dónde estamos para trazar rutas de ejercicio, en el caso de relojes o pulseras inteligentes, o nos ayuda a encontrarlo en caso de robo o pérdida.
Sin duda, es una gran utilidad si utilizamos esa información a la inversa, en la localización de personas, animales, vehículos u otro tipo de objetos con fines muy distintos, actividades de rescate, investigación, etc. De hecho, raro es el smartphone que no disponga de receptor GPS puesto que muchas herramientas y aplicaciones necesitan conocer la ubicación geográfica exacta en tiempo real para ofrecernos información de todo tipo sobre el entorno donde nos ubicamos. Incluso si queremos compartir la ubicación en WhatsApp o Telegram con algún contacto para que sepa dónde nos encontramos.
Cada vez es más habitual que todos los coches o motos que compramos o alquilamos cuenten con GPS que nos permite llegar a nuestro destino sin perdernos. Incluso en algunos vehículos de carsharing o motosharing el GPS nos permite saber dónde está el coche o la moto que tenemos que desbloquear con una aplicación: la app o servicio nos muestra en qué calle está llevando un registro tanto para la empresa como los usuarios. En el caso de empresas que dispongan de flotas importantes de vehículos para el transporte de personas o mercancías son muy útiles los geolocalizadores por GPS ya que permiten localizar cada vehículo de la flota en el mapa en tiempo real.
Situaciones de emergencia y seguridad
El caso inverso, cuando disponemos de un geolocalizador por sistema GPS para que otros nos puedan localizar a nosotros también podemos sacarle gran utilidad a este sistema. Especialmente útiles en situaciones de emergencia cuando viajamos en coche o cualquier otro medio de transporte y tenemos un accidente, cuando nos perdemos haciendo senderismo o en una acampada, o nos herimos en la montaña y no podemos continuar la marcha. Con la ubicación GPS podemos compartirla a través de aplicaciones de mensajería y que nos localicen fácilmente.
En este ámbito el GPS también tiene múltiples aplicaciones como herramienta de seguridad personal, medidas antirrobo o su integración en alarmas, etc. Hoy en día muchos de los coches de alta gama, por ejemplo, disponen de localizadores GPS ocultos. Éstos pueden haber sido colocados por el propietario o por empresas de seguridad que se encargarán de localizar el vehículo a la mayor brevedad posible.
También incluido en dispositivos para personas mayores que permiten avisar en caso de peligro, por ejemplo, o para geolocalizadores de niños en relojes y pulseras antipérdida. Algunos de los cuerpos de seguridad del Estado disponen de aplicaciones específicas para nuestros smartphones de manera que podamos compartir nuestra ubicación en caso de emergencia y que podamos ser rescatados en cualquier punto del territorio.
Los últimos modelo de gama media – alta, necesitan disponer de nuestra ubicación GPS para compartirla con el departamento 112 en caso de accidente de coche. Incluso, si nos encontramos mal y el detector de fatiga del vehículo lo registra puede llegar a desplazar el vehículo de forma autónoma al arcen, detener totalmente el coche y avisar a Emergencias.
Cartografía e ingeniería
Ni que decir tiene que es utilizado también para obtener datos precisos y fiables de cualquier punto del globo terrestre, detección de movimientos sísmicos localizados con gran exactitud, así como para realizar mediciones o la monitorización en tiempo real de las deformaciones de grandes estructuras por sobrecargas, etc.
También es imprescindible para cartografiar zonas concretas y elaborar mapas personalizados bien a nivel particular o para proyectos empresariales de gran envergadura, o cuando sucedan desastres naturales y se quiera delimitar la zona geográfica afectada.
Deportes de riesgo o actividades al aire libre
Otro de los usos más extendidos hoy en día es en los dispositivos para realizar deporte. Permiten conocer y controlar la progresión de nuestros entrenamientos y rendimiento con gran precisión. Gracias al GPS que incluyen la mayoría de los relojes inteligentes o aparatos para bicicletas, por ejemplo, es posible saber el ritmo de carrera que hemos llevado, la distancia que hemos recorrido, el desnivel logrado, etc. También en estos deportes de riesgo o salidas al exterior el GPS juega un papel fundamental a la hora de emergencias.
Otros sistemas de navegación por satélite
No hay duda de que el GPS es el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) más conocido y popular, sin embargo, existen otros sistemas de navegación por satélite, como son el GLONASS, GALILEO o BEIDOU.
GALILEO
Galileo es el sistema europeo de radionavegación y posicionamiento por satélite desarrollado por la Unión Europea en colaboración con la Agencia Espacial Europea, dotando a la UE de una tecnología independiente del GPS estadounidense. Un sistema de creación, gestión y uso civil que se puso en marcha en diciembre de 2016.
Cuenta con unos 30 satélites de órbita media situados a unos 23.000 kilómetros de altura conectados con una serie de sensores terrestres y centros de control situados en diferentes zonas de nuestro planeta. Tres de ellos provienen de la Agencia Espacial Española y seis de ellos son de repuesto.
La principal característica de Galileo es que se trata de un sistema de navegación por satélite con carácter civil. Por lo tanto, los servicios que ofrece en tiempo real pueden ser utilizados por cualquier usuario que disponga de un dispositivo compatible. Su doble frecuencia ofrece una mayor precisión en el posicionamiento en tiempo real, mejorando también el rendimiento del sistema en situaciones meteorológicas adversas. Mientras tanto, el servicio de búsqueda y rescate funciona a través de balizas SAR, similares a las que usan los barcos y aviones.
Recientemente, se hacía eco la noticia de que Galileo adquiría nuevas funciones con las que no cuentan otras redes, como es la posibilidad de enviar y recibir señales SOS. Es decir, permite recibir, transmitir y localizar señales de socorro y además, responder a estas señales mediante el envío de confirmación de que se ha recibido la ubicación y la petición de socorro correctamente.
Aunque lo cierto es que todavía no somos conscientes, son muchos los smartphones que podemos encontrar hoy en día en el mercado que incorporan el sistema Galileo. Muchos móviles y receptores en el sector de la agricultura ya son capaces de funcionar con el sistema de navegación por satélite europeo.
GLONASS
GLONASS es el sistema de navegación global por satélite creado por Rusia para localización geográfica sobre la superficie terrestre. Otra alternativa al sistema GPS creado por los Estados Unidos que utiliza o está formado por una constelación de 31 satélites, 24 en activo, 3 satélites de repuesto, 2 en mantenimiento, uno en servicio y otro en pruebas. Satélites situados en tres planos orbitales a una altitud de 19.100 kilómetros sobre la Tierra.
Aunque los satélites se comenzaron a poner en órbita en el año 1982, no comenzaron a ser funcionales hasta 1996, consiguiente la cobertura de todo el territorio de la antigua Unión Soviética a partir de 2007. A día de hoy, cubren todo el mundo, su utilización es de acceso libre y Rusia sigue trabajando en actualizar su constelación de satélites.
En lo que al funcionamiento se refiere, GLONASS requiere del uso de al menos tres satélites de la constelación para poder realizar una triangulación de señales y conocer exactamente la posición de una persona o cosa con gran exactitud. Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie terrestre, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.
Al obtener información de al menos dos satélites más, queda determinada una circunferencia que resulta de la intersección de las esferas en algún punto de la cual se encuentra el receptor. Ahora bien, si además necesitamos saber la altitud de dicho punto, entonces será necesario de un satélite más. Por lo tanto, se requiere el uso de al menos cuatro satélites para la navegación tridimensional con GLONASS.
BEIDOU
En esta ocasión, se trata del sistema de navegación por satélite chino. Está compuesto de dos constelaciones de satélites separadas y comenzó a funcionar en el país asiático a finales del año 2011 con una constelación parcial de 10 satélites en órbita. Posteriormente, se fueron lanzando más satélites hasta el punto de alcanzar los 35.
BEIDOU es por lo tanto un sistema alternativo de navegación por satélite global al Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos, el GLONASS ruso y el Galileo europeo. El funcionamiento del sistema chino depende en primera instancia de la estación de control central que es la que envía señales de consulta a los usuarios a través de dos satélites activos y la que devuelve una respuesta cuando los receptores reciben estas señales.
La estación de control central o maestra recibe las señales de respuesta enviadas por los receptores desde los satélites. Una vez recibidas, calcula la posición 2D del usuario en función de la diferencia de tiempo entre las dos señales. Además, es comparada con un mapa territorial digital almacenado en la base de datos del sistema para obtener la posición tridimensional.
Actualizado el 21 de julio, 2021
Fuente: adslzone
