Descubre cómo funciona un GPS: La guía completa

Lo primero de todo, tranquilos, éste no es un artículo sobre como se sacan fotos con determinado móvil, todos los que habéis tenido un GPS en las manos sabéis que lo encendéis, decís el sitio al que queréis llegar, el GPS se comunica con los satélites que te dan tu posición y el software calcula la ruta y te la comunica, si hace falta con voz de Darth Vader. No hay más secreto, ¿o sí?.

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GPS, GLONASS, Galileo, Beidou…

Cuando todos hablamos de llevar el GPS en realidad estamos haciendo lo mismo que cuando mencionamos que nos traemos el MP3, es decir, tenemos un aparato ya sea un navegador o un reproductor al que terminamos llamando por el nombre del servicio o contenido ofrecido. Pero es que en el caso del GPS (Global Positioning System) normalmente damos por hecho que se trata de un sistema mundial de posicionamiento universal… y en cierto sentido podemos darlo por válido pero no es así.

NAVSTAR_GPS_Satellites

El servicio de posicionamiento ofrecido bajo las siglas GPS responde al trabajo de la red NAVSTAR-GPS, compuesta por 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo más varias bases terrestres), desplegada por el Departamento de Defensa de los EE.UU a 20.200km de altura que permite tanto un uso “particular” como un uso estratégico militar mucho más preciso del que nosotros conocemos y sin embargo no es la única red de satélites de posicionamiento que existe. Así pues heredada de la antigua URSS la Federación Rusa posee su red GLONASS, mientras Europa desarrolla su red Galileo (para uso enteramente civil al contrario que NAVSTAR y GLONASS y sus reminiscencias de la guerra fría) y China por su parte la Beidou (que siguiendo cierta tendencia en el gigante asiático parece una alternativa restringida a ese país y zonas limítrofes).

¿Acaso no es suficiente con una única red?. Podría serlo pero tengamos en cuenta dos puntos, el primero es que el GPS se encuentra bajo control de un departamento militar de un país concreto, el segundo es que hay que pagar por su uso a su dueño. Es decir, es un servicio que está lejos de resultar universal y libre, por ello se han desarrollado otras redes de forma que se consiga cierta independencia de la más conocida (por eso y por poder tener control absoluto sobre una red propia).

¿Cómo funciona el GPS?. Sincronicemos relojes

Sabemos que lo primero que hace nuestro dispositivo al indicarle que busque una ruta es buscar los satélites, momento en que muchos GPS corren el riesgo de terminar arrojados por la ventanilla, pero cuando por fin lo consigue pasa a triangular nuestra posición a partir de la distancia que nos separa de los satélites de los que estamos recibiendo señal, esta señal de radio incluye la identificación del satélite y su hora calculando la distancia que nos separa del mismo a partir de sincronizar la hora del receptor GPS. Para que la sincronización de los relojes sea lo más exacta posible y debido a que mientras los satélites incorporan un reloj atómico de cesio los GPS incorporan uno mucho más básico de cuarzo cada poco junto a la señal de radio se envía un patrón que sirva para sincronizar la hora del GPS con la de los satétiles.

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Para calcular la posición mediante triangulación necesitamos como es lógico la señal de al menos tres satétiles, lo que no debe suponer ningún problema ya que normalmente hay al menos 8 satélites “visibles” para el receptor. Sin embargo los receptores GPS no se bastan con medir las distancias con tres satélites sino que determinadas circunstancias, como resulta ser la propia atmósfera, hacen que las señales no sean tan precisas como debieran. Para que el cálculo sea más preciso, añadiendo incluso información sobre la altura a la que nos encontramos el receptor toma en cuanta también la distancia que nos separa de un cuarto satélite.

El procesado de las señales aparte del continuo refresco en la comprobación de las mismas son las responsables del consumo tan elevado de batería en los dispositivos equipados con receptor GPS

Fiabilidad de los datos, Disponibilidad Selectiva y DGPS

A pesar de tener en cuanta cuatro satélites el cálculo de la posición sigue adoleciendo de un margen de error tanto por factores externos como por la propia influencia de quien controla la red GPS lo que nos lleva a la Disponibilidad Selectiva, término con el que se conoce la degradación en la señal, y por lo tanto en la fiabilidad de los datos, que se reserva el departamento de defensa americano (lo que podía arrojar márgenes de error de hasta 100m) sobre las medidas para usuarios particulares.

Éste sistema de error inducido fue “desactivado” en el 2001 cuando las mejoras combinando más redes de localización y cálculos de corrección de errores lo convirtieron en algo menos útil, pero aún así el Departamento de Defensa de EE.UU. se reserva el derecho de volver a activarlo si lo cree necesario.

dgps

Sin embargo, aparte del factor humano hay más factores que pueden influir en el cálculo de la posición, como son las propias condiciones de la atmósfera, rebote de la señal, etc, algo quizás no tan grave si realizamos una ruta por el campo o un desplazamiento en coche pero mucho más preocupante si se trata de la localización de un vuelo. Es por esto que resulta necesaria la disponibilidad del DGPS (Diferenttial GPS).

El un receptor DGPS no sólo procesa la señal de los satélites, señal que hemos visto puede ser manipulada para convertirla en menos fiable, sino que también recibe la señal de una estación terrestre que envía si ningún tipo de error su posición fija y por lo tanto ayuda a corregir cualquier posible error derivado de cualquier interferencia en la señal de satélites móviles. Así pues de un margen de error que puede llegar a los 100 metros podemos pasar a un margen de error menor de 1 metro gracias al DGPS.

Futuro de la localización

Ya hemos visto que no sólo ya disponemos de dos redes de satélites de localización sino que se encuentran en desarrollo otras dos, cada una controlada por ciertos intereses geográficos. Sin embargo la evolución de la localización por satélite pasa ya no sólo por las mejoras que se puedan introducir en los cálculos, ampliación de las señales emitidas, etc, sino que el futuro nos lleva a dispositivos con receptor GPS que también se conecten a otras redes disponibles para lograr una eficacia mucho mayor.

A pesar de ello, si confiamos sólo en estos sistemas, todavía estamos lejos de conseguir esa escena futurista donde le decimos a nuestro coche donde queremos ir y mientras realizamos cualquier actividad nos guía entre el tráfico hasta nuestro destino.

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