Funcionamiento
del sistema GPS
El
Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es una tecnología que permite al
usuario obtener su posición las 24 hs. del día en cualquier punto de la
tierra. Las coordenadas provistas por el GPS son latitud, longitud y altura
sobre el elipsoide WGS84. Este elipsoide no es otra cosa que un modelo matemático
de la forma de la tierra. Originalmente desarrollado por el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos, el uso del sistema GPS se ha extendido al ámbito
civil.
El
sistema GPS está formado por una constelación de 24 satélites, que orbitan la
Tierra a una altura de 20200 kilómetros, emitiendo constantemente ondas de
radio. La posición de cada uno de los satélites es conocida a cada instante a
través de sus efemérides. Una
característica importante de los satélites es que poseen un reloj atómico de
extrema precisión.
Los satélites emiten ondas en
dos frecuencias : L1=1575,42 Mhz y L2=1227,60 Mhz. A su vez las ondas estan
moduladas con un código binario. Esta misma onda codificada es generada
internamente en los receptores.
Para
determinar su posición (latitud, longitud y altura) al receptor GPS le bastaría
calcular la intersección de tres esferas cuyos centros son la posición de cada
uno de los satélites observados y cuyos radios son las distancias entre
receptor y satélite. Por tal motivo
todo el sistema de posicionamiento se basa en la medición de distancias entre
receptor y satélite.
La
distancia individual a un satélite es determinada en función del tiempo (1)
que tarda en viajar la onda desde el satélite al receptor y la velocidad (2)
de propagación de dicha onda. Recordar Distancia
= tiempo x velocidad.
(1)
El receptor calcula el tiempo
midiendo el retraso entre el código que genera y el recibido desde el satélite.
El tiempo así calculado solo tendrá validez si la onda
es generada en el satelite y en el receptor en forma simultánea. Esto no es así
debido a que el receptor no posee un reloj atómico.
Existe por lo tanto un error de tiempo y por ende de distancia.
Este
problema se soluciona sincronizando relojes de receptor y satélites.
Dicha sincronización se logra gracias a la medición
(2) La
velocidad de propagación de la onda es la velocidad de la luz (300000km/seg)
Otra forma de medir distancias a los satélites : además de la técnica ya explicada, existe una segunda forma de medir distancias entre receptor y satélite. Consiste en aprovechar una propiedad física de la onda. A diferencia de la metodología anterior, en donde lo que se medía era el corrimiento entre código recibido y código emitido, ahora lo que se mide es el corrimiento de fase entre la onda generada por el receptor y la onda recibida de cada uno de los satélites. Se entiende que el corrimiento de fase se mide una vez sincronizados los relojes de receptor y satélite. Si a ese valor de corrimiento de fase le sumamos el número entero de ciclos de onda que existen entre satélite y receptor obtendremos la distancia al satélite con un error que puede ser inferior a un cm. El número entero de ciclos no es un dato conocido (por eso se lo llama ambigüedad) y la forma de calcularlo es mediante diferenciaciones usando al menos dos receptores que esten captando los mismos satélites simultáneamente.