El GPS

Siguen trabajando los alumnos de 4º C en sus entradas de inventos e inventores. Esta semana el turno ha sido para Jorge Palma que nos quiere informar sobre el funcionamiento de los GPS ¿Situado?
El GPS (Global Positioning System) o Sistema Global de Navegación por Satélite, en español, nos permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo. El GPS fue diseñado originalmente para aplicaciones militares y de los servicios de inteligencia durante la Guerra Fría (años 60)
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
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 obtienen la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición.
Te dejo una animación para que te hagas una idea gráfica del funcionamiento:



La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.
En 1957, la antigua Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I, que era monitorizado mediante la observación del efecto Doppler de la señal que transmitía.
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.
La disposición de los satélites consta de seis órbitas, en la que en cada órbita hay cuatro satélites. Estos satélites están a una altitud de 20200 kilómetros y su posición se repite cada de 12 horas. Tienen una inclinación de 55 grados respecto al Ecuador y su vida útil es de 7,5 años. Tienen una potencia de señal de 160 Dbw.
Un GPS portátil mono frecuencia 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.
La cobertura de los usuarios es mundial y la capacidad de usuarios es ilimitada.
La información que es útil al receptor GPS para determinar su posición se llama efemérides. Cada satélite emite sus propias efemérides, en la que se incluye la salud del satélite (si debe o no ser considerado para la toma de la posición), su posición en el espacio, su hora atómica, información doppler, etc.
Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.
Obteniendo información de dos satélites queda determinada una circunferencia que resulta cuando se intersecan las dos esferas en algún punto de la cual se encuentra el receptor.
Teniendo información de un cuarto satélite, se elimina el inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3D exacta (latitudlongitud y altitud).

Como casi todos los inventos, los GPS tienen errores:
  • La perturbación ionosférica: La ionosfera está formada por una capa de partículas que modifican la velocidad de las señales que la atraviesan.
  • Los fenómenos meteorológicos: El vapor del agua afecta a las señales electromagnéticas disminuyendo su velocidad.
  • Las imprecisiones en los relojes: Los relojes de los satélites presentan ligeras desviaciones.
  • Las interferencias eléctricas imprevistas: Las interferencias pueden ocasionar correlaciones erróneas de los códigos o un redondeo inadecuado en el cálculo de una órbita.
  • El error multimedia: Las señales de los satélites pueden sufrir reflexiones antes de alcanzar el receptor.
  • Las interferencias: Constituyen la mayor fuente de error y es introducida deliberadamente por el estamento militar.
El GPS está disponible para dispositivos móviles, para videoconsolas, para tabletas...