Fundamentos

 

La base del sistema GPS es la “triangulación”. Para “triangular”, el receptor de GPS mide la distancia usando el tiempo de viaje de las señales de radio. Para medir el tiempo de viaje, el sistema GPS requiere de precisa sincronía. Además de la distancia, se requiere saber el preciso lugar donde se encuentran los satélites (Orbitas altas y monitoreo constante son claves). Finalmente, correcciones deben ser hechas a causa de retrasos que la señal pudiere experimentar.

 

El concepto de Triangulación

 

Los satélites ayudan a calcular posiciones a través de un método comúnmente llamado Triangulación, sin embargo, este término resulta equivoco ya que no hay ángulos envueltos. El término correcto es Trilateración (del Ingles, Trilateration).  El método es de carácter geométrico y consiste en la medición del tiempo de viaje de las ondas de radio desde 3 satélites a la estación terrestre para determinar distancias y punto de localización. Cada uno de los satélites ayuda a identificar la posición en la cual el receptor GPS pueda estar localizado.

 

Realización de Medidas

 

Cuando nos posicionamos en un punto con el GPS para saber nuestra posición, lo que hace éste es medir la distancia a un satélite de posición conocida. De esta medida se deduce que el GPS se encuentra en la superficie de una esfera de centro las coordenadas del satélite y radio la distancia del GPS al satélite. Al tomar el GPS la información de un segundo satélite, la intersección de la superficie de las esferas determina el contorno de un circulo donde se encuentra nuestra posición.

 

Fig. 6. Área de localización utilizando la información de dos satélites

 

Si obtenemos la información de un tercer satélite podremos determinar nuestra posición X, Y, Z. Existen dos posibles soluciones pero el GPS rechaza una por absurda, ya que para estar en esa posición el GPS debería encontrarse fuera de la superficie terrestre o desplazarse a una velocidad muy elevada e improbable.

 

Fig. 7. Superficie determinada por la información de tres satélites

 

No obstante esta posición no es precisa. El error se debe a que el reloj atómico del satélite es más preciso que el reloj interno del GPS. Los GPS están programados de forma que cuando reciben una serie de mediciones que no interceptan en un punto, identifican un error y suponen que se debe a la falta de precisión de su reloj interno. El GPS suma y resta la misma cantidad de tiempo hasta conseguir que las medidas intercepten en un único punto.

 

Para buscar esta solución el GPS soluciona 4 ecuaciones de 4 incógnitas. En definitiva, para corregir este error el GPS necesita la información de un cuarto satélite ya que tiene cuatro incógnitas X, Y, Z y el tiempo.

 

Los receptores GPS reciben la información precisa de la hora y la posición del satélite. Exactamente, recibe dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite en relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida desde cualquier satélite, y una vez que el receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en el espacio; la otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite. Cuando el receptor ha captado la señal de, al menos, tres satélites calcula su propia posición en la Tierra mediante la triangulación de la posición de los satélites captados, y nos presentan los datos de Longitud, Latitud y Altitud calculados. Los receptores GPS pueden recibir, y habitualmente lo hacen, la señal de más de tres satélites para calcular su posición. En principio, cuantas más señales recibe, más exacto es el cálculo de esta posición. Teniendo en cuenta que la concepción inicial de este sistema era hacer un uso militar del mismo, debemos señalar que los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, y que éstos quedan sujetos a una degradación de precisión que oscila de los 15 a los 100 metros RMS o 2DRMS en función de las circunstancias geoestratégicas del momento, según la interpretación del Departamento de Defensa de los EE.UU., que es quien gestiona y proporciona este servicio. Esta degradación queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del Departamento de Defensa de los EE.UU. o SA (Selective Availability). Esto es, naturalmente, para mantener una ventaja estratégica durante las operaciones militares que lo requieran. De todo esto se deduce que, habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la posición.


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