RESUMEN

La red del sistema GPS, consiste en una red de 24 satélites, y varios puntos de control terrestre, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de Defensa de ese país, quien proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.

El Sistema de  Posicionamiento Global (GPS), es un sofisticado  sistema de  orientación y  navegación cuyo  funcionamiento  está  basado en la recepción y  procesamiento de las informaciones emitidas por una constelación de  24 satélites,  conocida como  NAVSTAR.

El sistema GPS tiene por objetivo calcular la posición de un punto cualquiera en un espacio de coordenadas (x,y,z), partiendo del cálculo de las distancias del punto a un mínimo de tres satélites cuya localización es conocida.

La manera de operar del sistema GPS está diseñada de tal forma, que los receptores de GPS, en cualquier parte del mundo y a cualquier hora, reciban por lo menos la señal de 6 satélites.

Originalmente, el Sistema GPS, era de uso exclusivamente militar; sin embargo, con el pasar del tiempo y debido a algunos accidentes, el gobierno de los Estados Unidos, decidió darle utilidad civil a este sistema, pero con ciertas restricciones, por razones de estrategia militar. Estas restricciones se basan principalmente en una degradación de precisión que presentan los receptores de uso civil; la cual oscila entre los 10 y 100 mts. Esta degradación queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del Departamento de Defensa de los EE.UU. o SA (Selective Availability) e introduce un error en la transmisión de la posición para los receptores de uso civil.

 

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL

 

El GPS funciona mediante señales de satélite codificadas que pueden ser procesadas en un receptor, lo cual permite calcular su posición, velocidad y tiempo.

 

El sistema NAVSTAR-GPS se basa en la medida simultánea de la distancia entre el receptor y al menos 4 satélites. La distancia entre el receptor y el satélite se obtiene por medio del retardo temporal, desde que el satélite envía la señal hasta que el receptor la recibe.

 

Como se indicó anteriormente, cada satélite de la constelación GPS, emite continuamente dos códigos de datos diferentes  en  formato  digital (C/A y P); los cuales son transmitidos por medio de señales de radio.

 

Estas señales llevan inmersas una serie de datos  conocidas como ALMANAQUE y EFEMÉRIDES. El Almanaque, 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 el receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en el espacio. Las Efemérides hacen referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor GPS; estos son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite.

 

Obviamente  cada  satélite  emite sus  propias  efemérides  y  almanaque  que incluyen  un código  de identificación  específico.  Los satélites están equipados con  relojes atómicos que garantizan  una precisión casi total, ofreciendo un error estimado en un segundo cada 70.000 años.

 

Un receptor GPS  debe disponer en  su memoria del  almanaque y las efemérides actualizadas (si no lo están  se actualizan automáticamente, cuando el receptor sintoniza las señales  emitidas  por  un  mínimo  de  tres satélites), de esta manera sabrá donde buscar los satélites en el firmamento.

 

Los satélites transmiten continuamente su situación orbital y la hora exacta. El tiempo transcurrido entre la emisión de los satélites y la recepción de la señal  por  parte  del  receptor  GPS, se convierte en distancia, mediante la siguiente fórmula  aritmética (distancia = velocidad * tiempo); es decir, el satélite envía una señal que viaja a una velocidad determinada (300.000 km/seg, la velocidad de la luz) al receptor, indicándole su posición exacta en un tiempo determinado. El receptor, recibe esta información, la compara con la hora en que ha recibido la señal y estableciendo el tiempo que esta ha tardado en llegar, determina a que distancia se encuentra el satélite.

 

En otras palabras, la distancia entre el usuario (receptor GPS) y un satélite se mide multiplicando el tiempo de vuelo de la señal emitida desde el satélite por su velocidad de propagación. Para medir el tiempo de vuelo de la señal de radio es necesario que los relojes de los satélites y de los receptores estén sincronizados, pues deben generar simultáneamente el mismo código.

 

Con la información de los rangos de tres satélites y la información de la posición de un satélite cuando la señal fue enviada, el receptor, mediante triangulación, puede computar su propia posición tridimensional. Un reloj atómico sincronizado al GPS es necesario para poder computar los rangos de las tres señales. Sin embargo, al tomar esta medida de tiempo de un cuarto satélite, el receptor se evita la necesidad de un reloj atómico. Así que el receptor utiliza cuatro satélites para computar latitud, longitud, velocidad, altura y tiempo; o sea, al captar las señales de un mínimo de tres satélites, por triangulación, el receptor GPS determina la posición que ocupa sobre  la superficie de la tierra mediante el valor  de  las  coordenadas  de  longitud y latitud (dos dimensiones). La captación de cuatro satélites o más, permite obtener la altura del receptor con respecto al nivel del mar (tres dimensiones).

 

INFOGRAFÍA

 

El Sistema de Posicionamiento Global Navstar GPS

http://www.rs.ejercito.mil.ar/Contenido/Nro651/Revista/sistposic.htm

Descripción: Presenta una reseña histórica de la aparición del Sistema GPS y de sus antecesores, como es el caso de Transit. El sistema GPS surgió, debido a la necesidad que tenía el ejército de Estados Unidos, de crear una herramienta de posicionamiento más precisa y eficaz que la utilizada por la URSS (TSICADA). Igualmente, describe los tres segmentos principales del sistema GPS: espacial, de control y de usuario.

El Sistema de Posicionamiento Global y los Receptores GPS

http://www.efdeportes.com/efd9/gps.htm

Descripción: Este artículo expone una definición general del sistema GPS; así como, los datos que son transmitidos por los satélites del sistema; los cuales, ayudan a determinar la ubicación geográfica, estos son: datos del Almanaque, que permiten establecer la distribución y operatividad de los satélites en la red; y las Efemérides, que proporcionan información precisa de la ubicación de un satélite en particular y el tiempo exacto. Por otro lado, explica las razones por las cuales los receptores de uso civil, presentan una degradación de la señal entre 15 y 100 metros RMS.

 Introducción a GPS by Omega

http://www.zonabyte.net/manuales/Introduccion%20a%20GPS.htm

Descripción: El presente es un trabajo descriptivo muy completo del Sistema GPS, en el cual se hace hincapié en los aspectos técnicos de su funcionamiento. En resumidas cuentas, establece la transmisión de dos portadoras L1 y L2, por parte de los satélites; las cuales, son modificadas por tres códigos binarios: el código C/A, el código P y el mensaje de navegación; quienes a su vez forman los servicios SPS y PPS. Igualmente, establece la estructura de las tramas de datos que se transmiten desde los satélites a los receptores GPS.

El Sistema GPS

http://www.clubdelamar.org/sistemagps.htm

Descripción: Este artículo presenta una definición general del Sistema GPS; así como una breve historia de su aparición. Por otro lado, establece las diferencias entre los Códigos P y SPS; es decir, las señales de uso militar y las de uso civil. Adicionalmente, refleja la forma de operación de los sistemas GPS, destacando el uso de las efemérides y del almanaque, para determinar la ubicación de los satélites, su operatividad y el tiempo preciso.

Descripción del Sistema GPS

http://personal.redestb.es/jatienza/gps/sistema.htm

Descripción: Establece los diferentes segmentos que constituyen el Sistema GPS, como son: el Segmento Espacial, conformado por los satélites en órbita ubicados a 20.180 Kms de altura; el Segmento de Control, conformado por las estaciones de seguimiento ubicadas en diferentes puntos de la tierra (presenta mapa de distribución); y el Segmento de Usuario, conformado por los diferentes receptores GPS y la comunidad de usuarios.

Introducción al GPS

http://www.raig.com/cursoGPS.aspx?link=1

Descripción: Presenta una definición ampliada del Sistema GPS, donde se resalta la concepción de sistema, por ser un conjunto de elementos que interactúan entre sí, para lograr un objetivo común. De igual manera, se establece la forma en la que un receptor GPS, calcula la distancia entre él y un determinado satélite; basado en el tiempo de propagación de la señal transmitida por el satélite; el cual es sustituido en la ecuación: distancia = velocidad * tiempo. Por último, expone los resultados que pudieran alcanzarse de la intersección entre dos, tres y cuatro satélites.

Sistema GPS

http://www.ejercito.mil.uy/cal/sgm/gps.htm

Descripción: En este paper se establece la clasificación de los posicionamientos alcanzados con el Sistema GPS, dependiendo, por un lado, si los resultados están referidos a algún punto en particular (absoluto o relativo); y por el otro, si el receptor está en movimiento (dinámico o estático). Adicionalmente, se describen los diferentes sectores que constituyen el sistema GPS, a saber: el espacial, el de control y el del usuario.

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS): Descripción, Análisis de Errores, Aplicaciones y Futuro

http://www.iai.csic.es/users/gpa/postscript/Pozo-Ruz00a.pdf

Descripción: En este trabajo se presenta una descripción del Sistema GPS, destacando la arquitectura y operatividad de éste, y las consecuencias que se suscitan por la imprecisión en los relojes de los receptores, dando origen a las pseudo distancias. Así mismo, se presentan las cadenas de código GPS, como son: C/A, P y Y; y los niveles de servicio del sistema: SPS y el PPS, diferenciando el uso civil y el militar respectivamente.

GPS El Sistema de Posicionamiento Global

http://www.nautigalia.com/otrostemas/articulos.php4?id=2&pag=2

Descripción: Establece la forma en la que los receptores GPS, calculan la posición geográfica, basados en la técnica de la medida de los retardos temporales. El artículo expone brevemente, las razones por las cuales los receptores GPS requieren estar conectados por lo menos a cuatro satélites en lugar de tres, principalmente por la precisión en los resultados obtenidos. Por último, presenta la forma de calcular la distancia real a partir de las pseudo distancias.

Sistema de Posicionamiento Global

http://www.radiocomunicacion.com/algo_mas.htm

Descripción: En este paper se describe, de forma resumida, el funcionamiento del sistema GPS, destacando, la labor del reloj atómico del satélite; el cual emite una señal modulada en fase (BPSK) por diferentes códigos pseudo aleatorios, que ayudan a determinar, de acuerdo al retardo de propagación, la posición del receptor, mediante el mecanismo de triangulación.