Cómo funciona el GPS (con video)

El SPG o GPS (Global Positioning System: sistema de posicionamiento global) es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente lo tenemos disponible en la mayoría de teléfonos inteligentes (SmartPhone).

Cómo funciona el GPS
El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, a 20,200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos.

Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.



La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.
Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo.
A su vez, la República Popular China está implementando su propio sistema de navegación, el denominado Beidou, que prevén que cuente con entre 12 y 14 satélites entre 2011 y 2015. Para 2020, ya plenamente operativo deberá contar con 30 satélites. De en abril 2011, ya tienian 8 en órbita.

Historia

En 1957, la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I, que era monitorizado mediante la observación del efecto Doppler de la señal que transmitía. Debido a este hecho, se comenzó a pensar que, de igual modo, la posición de un observador podría ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una señal transmitida por un satélite cuya órbita estuviera determinada con precisión.
La armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología, para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas de observaciones de posiciones actualizadas y precisas. Así surgió el sistema TRANSIT, que quedó operativo en 1964, y hacia 1967 estuvo disponible, además, para uso comercial.
Las actualizaciones de posición, en ese entonces, se encontraban disponibles cada 40 minutos y el observador debía permanecer casi estático para poder obtener información adecuada.

Posteriormente, en esa misma década y gracias al desarrollo de los relojes atómicos, se diseñó una constelación de satélites, portando cada uno de ellos uno de estos relojes y estando todos sincronizados con base en una referencia de tiempo determinado.
En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (este último consistente en una técnica de transmisión codificada que proveía datos precisos usando una señal modulada con un código de PRN (Pseudo-Random Noise: ruido pseudo-aleatorio), en lo que se conoció como Navigation Technology Program (programa de tecnología de navegación), posteriormente renombrado como NAVSTAR GPS.

Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual, a la que se declaró con «capacidad operacional inicial» en diciembre de 1993 y con «capacidad operacional total» en abril de 1995.
En 2009, este país ofreció el servicio normalizado de determinación de la posición para apoyar las necesidades de la OACI, y ésta aceptó el ofrecimiento.

Características técnicas y prestaciones

El Sistema Global de Navegación por Satélite lo componen:
Segmento espacial
-Satélites en la constelación: 24 (4 × 6 órbitas)
-Altitud: 20200 km
-Período: 11 h 58 min (12 horas sidéreas)
-Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).
-Vida útil: 7,5 años

-Segmento de control (estaciones terrestres)
-Estación principal: 1
-Antena de tierra: 4
-Estación monitora (de seguimiento): 5, Colorado Springs, Hawai, Kwajalein, Isla de Ascensión e Isla de Diego García

-Señal RF
-Frecuencia portadora:
-Civil – 1575,42 MHz (L1). Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa (C/A).
-Militar – 1227,60 MHz (L2). Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado.
-Nivel de potencia de la señal: –160 dBW (en superficie tierra).
-Polarización: circular dextrógira.
-Exactitud
-Posición: oficialmente indican aproximadamente 15 m (en el 95% del tiempo). En la realidad un GPS portátil monofrecuencia de 12 canales paralelos ofrece una precisión de 2,5 a 3 metros en más del 95% del tiempo. Con el WAAS / EGNOS / MSAS activado, la precisión asciende de 1 a 2 metros.
-Hora: 1 ns
-Cobertura: mundial
-Capacidad de usuarios: ilimitada
-Sistema de coordenadas:
-Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84).
-Centrado en la Tierra, fijo.
-Integridad: tiempo de notificación de 15 minutos o mayor. No es suficiente para la aviación civil.
-Disponibilidad: 24 satélites y 21 satélites. No es suficiente como medio primario de navegación.


Evolución del sistema GPS
El GPS está evolucionando hacia un sistema más sólido (GPS III), con una mayor disponibilidad y que reduzca la complejidad de las aumentaciones GPS. Algunas de las mejoras previstas comprenden:
-Incorporación de una nueva señal en L2 para uso civil.
-Adición de una tercera señal civil (L5): 1176,45 MHz
-Protección y disponibilidad de una de las dos nuevas señales para servicios de Seguridad Para la Vida (SOL).
-Mejora en la estructura de señales.
-Incremento en la potencia de señal (L5 tendrá un nivel de potencia de –154 dB).
-Mejora en la precisión (1 – 5 m).
-Aumento en el número de estaciones de monitorización: 12 (el doble)
-Permitir mejor interoperabilidad con la frecuencia L1 de Galileo

El programa GPS III persigue el objetivo de garantizar que el GPS satisfaga requisitos militares y civiles previstos para los próximos 30 años. Este programa se está desarrollando para utilizar un enfoque en 3 etapas (una de las etapas de transición es el GPS II); muy flexible, permite cambios futuros y reduce riesgos. El desarrollo de satélites GPS II comenzó en 2005, y el primero de ellos estará disponible para su lanzamiento en 2012, con el objetivo de lograr la transición completa de GPS III en 2017. Los desafíos son los siguientes:
-Representar los requisitos de usuarios, tanto civiles como militares, en cuanto a GPS.
-Limitar los requisitos GPS III dentro de los objetivos operacionales.
-Proporcionar flexibilidad que permita cambios futuros para satisfacer requisitos de los usuarios hasta 2030.
-Proporcionar solidez para la creciente dependencia en la determinación de posición y de hora precisa como servicio internacional.
-El sistema ha evolucionado y de él han derivado nuevos sistemas de posicionamiento IPS-2 se refiere a Inertial Positioning System, sistema de posicionamiento inercial, un sistema de captura de datos, que permite al usuario realizar mediciones a tiempo real y en movimiento, el llamado Mobile Mapping. Este sistema obtiene cartografía móvil 3D basándose en un aparato que recoge un escáner láser, un sensor inercial, sistema GNSS y un odómetro a bordo de un vehículo. Se consiguen grandes precisiones, gracias a las tres tecnologías de posicionamiento: IMU + GNSS + odómetro, que trabajando a la vez dan la opción de medir incluso en zonas donde la señal de satélite no es buena.

Video que indica como funciona el GPS


Otro Video que nos indica como funciona el GPS


Fuente aquí.

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