San Francisco de Yare 30 de Enero del 2004
UNIDAD DE POSTGRADO
ESPECIALIZACIÓN EN GERENCIA MENCIÓN REDES Y TELECOMUNICACIONES
EQUIPO DE POSICIONAMIENTO POR SATÉLITE
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 1
Trabajo Realizado por:
Miguel Antonio Romero Velazquez
Lérida Rodríguez
Nora Natera
Introducción
Nuestra galaxia, la Vía Láctea (Milky Way), es simplemente una más en la inmensidad del Universo. Nuestra estrella más cercana, el Sol, es sólo una más entre los miles de millones de estrellas de la Vía Láctea. El planeta Tierra es uno de los 9 satélites que dan vueltas alrededor del Sol siguiendo una órbita elíptica. Estos planetas, del más próximo al más lejano al Sol, son: Mercurio, Venus, La Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón. Las reglas que gobiernan el movimiento de estos estos satélites solares (los planetas) se estudian en la disciplina de Mecánica Celeste, y fueron descubiertas por científicos excepcionales como Johannes Kepler e Isaac Newton hace ya cientos de años.
El movimiento de los 9 planetas solares es como una fascinante maquinaria de relojería. La fuerza que los mantiene juntos y determina sus movimientos relativos es "la gravedad". Cuanto más cercano al Sol se encuentra un planeta, la fuerza de atracción de gravedad que siente es mayor y debe moverse más rápido en su órbita para no caer al Sol. Por ejemplo, La Tierra, situada a unos 150.000.000 Km del Sol, viaja en su óribita a una velocidad media de unos 30 kilómetros por segundo y completa una revolución alrededor del Sol en un año.
Varios planetas, a su vez, tienen uno o más satélites orbitando a su alrededor. Por ejemplo, el único satélite natural de la Tierra, la Luna, se encuentra a una distancia media de unos 385,000 kilómetros de la Tierra y da una vuelta completa alrededor de ella en unos 29 días. Las diferentes posiciones de la Luna con respecto a la Tierra determinan sus cuatro fases: luna llena, luna nueva, cuarto creciente y cuarto menguante.
La definición de satélite es, por tanto bastante sencilla de intuir. Es simplemente un cuerpo que orbita alrededor de otro. La gravedad es la fuerza de atracción que hace posible el movimiento relativo de las órbitas descritas por los satélites
El GPS comienza a desarrollarse y a introducirse fuertemente en el mercado después de la Guerra del Golfo, ahí se empleaba para los misiles dirigidos, más conocidos como las bombas inteligentes. En los últimos años se ha registrado un incremento en la adquisición de receptores GPS en el consumidor medio. Conforme la tecnología avanza, más características se añaden a estas unidades, mientras su precio y tamaño disminuyen. Casi todas las unidades de GPS ofrecen 12 canales paralelos y capacidad de almacenar información. Algunos incluso pueden conectarse a una Lap Top y usarse con un software de mapa de calles, para la navegación de un automóvil a tiempo real.
Existen GPS diseñados especialmente para la actividad que se quiera realizar, para viajeros insaciables o un corredor de autos, puede adquirir uno que tenga almacenado los mapas de una determinada ciudad. Asimismo, si se es fanático en Internet, existe la posibilidad de que su unidad pueda recibir y enviar e-mail.
Como nos daremos cuenta, el GPS puede ser utilizado con diversos fines, por ejemplo la navegación, o aviación. Incluso para deportes de aventura como ciclismo, pesca y caza. Puede ser el compañero ideal para un viaje en sus vacaciones por el interior del país. En fin es una excelente herramienta que nos ayudara a localizar una posición específica y que no permitirá que uno se pierda.
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 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 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 2DRMS1 en función de las circunstancias geoestratégicas del momento, según la interpretación del Departamento de Defensa de los EE.UU., 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) y, como hemos indicado antes, introduce un error en la transmisión de la posición para los receptores de uso civil. 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 aproximadamente 15 m. RMS que puede aumentar hasta los 100 m. RMS cuando el Gobierno de los EE.UU. lo estime oportuno. Esto no es ningún problema, puesto que nuestra posición siempre mantiene un error de valor casi constante, y en cuanto a la orientación, no nos supone ninguna pérdida de fiabilidad, puesto que es un error de dimensiones muy reducidas que, incluso en las condiciones más extremas de falta de visibilidad, nunca excederá nuestro campo visual. Normalmente, cuando el error en la posición aumenta de los 15m., sólo lo hace de forma temporal, y responde a operaciones de tipo militar o estratégico que coinciden con nuestro uso del receptor.
Si la utilización que vamos a dar a nuestro receptor GPS requiere más precisión aún, como trabajos topográficos, levantamientos cartográficos, carreras de orientación, situación de balizas, etc., casi todas las firmas disponen de antenas opcionales con dispositivos DGPS2 para algunos de sus receptores que corrigen mediante cálculo diferencial este error, disminuyéndolo hasta un margen de 1 a 3 metros RMS.
Usos de un receptor GPS
Naturalmente, podemos utilizar nuestro receptor GPS para todo aquello en lo que creamos que nos puede ser útil. No obstante, debemos tener en cuenta que son, exclusivamente, receptores de datos que calculan nuestra posición exacta y que no trabajan con ningún dato analógico (temperaturas, presión, humedad...). Son dispositivos extraordinariamente útiles para cualquier tarea de navegación, seguimiento de rutas, almacenamiento de puntos para posteriores estudios, ...pero en ningún caso podemos esperar deducir datos atmosféricos a partir de ellos.
Sin embargo, también debemos valorar que, incluso, los modelos más "pequeños" que los fabricantes de GPS's ponen a disposición de la navegación personal, son una evolución de los sistemas de navegación aeronáutica y marítima que se han ido perfeccionando diariamente desde hace años. Esto supone una serie de ventajas importantes para los usuarios de GPS's para la navegación personal terrestre.
En primer lugar, una cuestión de escala. Está claro que las dimensiones de la navegación aeronáutica y marítima respecto de las dimensiones de la navegación terrestre, incluso con vehículos motorizados, son mucho mayores.
Esto significa que los receptores "pequeños" también disponen de los recursos de navegación y de la exactitud de los grandes sólo que los primeros disponen de funciones menos sofisticadas que estos últimos para la propia navegación.
Para entendernos, digamos que las pantallas y funciones gráficas que requiere el piloto de una embarcación incorporadas a su receptor GPS deben ser muchas más y más sofisticadas que las que necesitamos para orientarnos en dimensiones más pequeñas. Pero el sistema de recepción, y el cálculo de la posición es el mismo en un caso que en otro. Supongamos que ocurre si una embarcación sigue un rumbo con un error de un segundo (1/3600 grados), sin corregir ese rumbo durante varios días, puede ser que cuando busque el punto que espera encontrar en la costa, simplemente no lo encuentre, puesto que se habrá alejado cientos de kilómetros de él, pues bien disponemos de un sistema con la misma exactitud para navegar pero con menos funciones gráficas.
Todo esto lo podemos sintetizar diciendo que un receptor GPS nos proporciona, para la navegación terrestre, muchas más prestaciones que las que podemos necesitar para orientarnos. Los seguimientos de desvío de rumbos, los seguimientos de rutas, brújulas electrónicas, etc., son funciones que podemos encontrar en nuestros "pequeños" GPS's.
En el campo profesional el establecimiento de redes logísticas , localización de vehículos, aplicaciones topográficas , sistemas de seguridad ciudadana etc..son algunas de las aplicaciones en las que ésta tecnología va cobrando cada día mayor importancia. También en actividades deportivas y de ocio , tales como senderismo, ciclismo, rutas de montaña, deportes náuticos .etc...se observa un creciente incremento de las aplicaciones de ésta tecnología. En el sector del automóvil cada día son mas frecuentes su presencia en la localización y guía de objetivos.
Otros usos que se le puede dar al GPS, son los siguientes:
§ GPS como una herramienta confiable para la protección, seguridad y bienestar de personas y/o mercancías, que se transporten en vehículos equipados con estos aparatos de localización y rastreo.
Los sistemas GPS permiten:
Todo el sistema GPS se fundamenta en la medición de la distancia satélite receptor, cada distancia observada representa el radio de una esfera con (entro en el satélite, la intersección de 3 o 4 esferas (según sea 2 o 3 dimensiones respectivamente) nos dará la posición del receptor.
Según la teoría de la trigonometría para fijar un punto en dos dimensiones basta con la medición de dos distancias perfectas y si se trata de tres dimensiones con tres distancias perfectas, pero para conseguir esas distancias perfectas, los dos relojes, tanto el del receptor como el del satélite, no deben tener ningún tipo de error y estar perfectamente sincronizados, esto lo podemos conseguir con el reloj del satélite que es atómico y conocemos sus efemérides indicadas por el mensaje, pero en lo que concierne al estado del reloj del receptor. no podemos conocerlo, por este motivo y para evitar los errores producidos por el reloj del receptor se introduce una observación más, ya que si tres mediciones perfectas sitúan un punto en el espacio tridimensional, entonces cuatro mediciones imperfectas pueden eliminar cualquier desviación del tiempo (siempre que la desviación sea consistente).
Para que todo esto quede más claro hagamos un símil refiriéndonos a las
distancias como tiempos y con un posicionamiento en dos dimensiones.
Supongamos que nuestro punto de estaciones esta a 4 seg. del satélite A y a 6
seg. del satélite B, estas dos distancias serán suficientes para situarnos en un
punto.
Si por ejemplo nuestro reloj del receptor es imperfecto si se atrasa un segundo,
el receptor indicara que estamos a 5 segundos del satélite A y a 7 segundos del satélite B, cortándose las circunferencias en un punto distinto.
El punto 2 nos parece una respuesta tan normal como cualquier otra, y nos seria prácticamente imposible deducir que es errónea. Por ello introduciremos una observación adicional, supongamos un satélite C a 8 segundos de nuestro receptor. Rápidamente se observa que no existe ningún punto que se encuentre a 5 segundos del satélite A, a 7 segundos del satélite B y a 8 segundos de C en un mismo instante formando una zona de incertidumbre dentro de la cual se encontrara la solución verdadera.
Cuando se da un caso de estos, los ordenadores de los receptores suponen
que la causa de error es que el reloj interno esta desviado, entonces comienzan a sumar y restar tiempo, la misma cantidad a todas las mediciones hasta que descubre que sustrayendo un segundo a las tres mediciones puede hacer que las circunferencias se corten en un punto.
§ Gran rapidez en obtener la posición.
§ Muy buena precisión.
§ Cobertura global y continua.
Características Técnicas de un GPS (Magellan Companion)
La disponibilidad selectiva
fue eliminada el 1 de Mayo del 2000.
Estuvo motivada por la excesiva precisión obtenida por los receptores civiles,
por esto se decide degradar esta precisión. Esto se hace de dos formas:
· Haciendo oscilar el reloj del satélite.
· Manipulando los datos enviados por las efemérides de los satélites
Con esto es consigue degradar el UERE hasta 37.5 metros. Los receptores militares van a disponer de los modelos de errores introducidos y ellos tendrán la precisión inicial del sistema (UERE = 66.6 m).
http://www.tel.uva.es/~jpozdom/telecomunicaciones/portadagps.html
Este sistema de navegación por satélite, además de ofrecernos una posición geográfica nos ofrece una referencia temporal muy precisa. Se piensa que este sistema va a desplazar a todos los sistemas de navegación existentes hasta el momento.
http://www.tel.uva.es/~jpozdom/telecomunicaciones/tutorial/capitulo8.html
El sistema NAVSTAR-GPS se basa en la medida simultánea de la distancia entre el receptor y al menos 4 satélites.
http://www.viamichelin.com/viamichelin/esp/tpl/pdt/prod/htm/navgps_print.htm
¿Qué es un sistema de navegación GPS?Sueña con "él", sus amigos ya lo tienen, a menudo coge el coche sin conocer el camino y piensa que "él" le evitaría algunas discusiones sobre el itinerario a seguir... Resumiendo: lo que usted necesita es un sistema de navegación asistida. Para saber cómo funciona y cuáles son sus aplicaciones, siga leyendo...
http://www.efdeportes.com/efd9/gps.htm
El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satélites, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.
http://www.keytronics.com.mx/sistema.html
Esta presentación pretende informar en forma general sobre la aplicación del Sistema de Posicionamiento Global GPS como una herramienta confiable para la protección, seguridad y bienestar de personas y/o mercancías, que se transporten en vehículos equipados con estos aparatos de localización y rastreo.
http://www.nautigalia.com/otrostemas/articulos.php4?id=2&pag=1
El GPS fue implementado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos con el objeto de obtener en tiempo real la posición de un punto en cualquier lugar de la tierra. Este sistema surgió debido a las limitaciones del sistema TRANSIT que en la década de los 70 proporcionaba posicionamiento usando métodos Doppler. La principal desventaja del este último era la no disponibilidad de satélites las 24 horas del día.
http://www.efdeportes.com/efd9/gps.htm
El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satélites, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.
http://cfa-www.harvard.edu/space_geodesy/ATLAS/gps_es.html
El conocimiento detallado de las reglas de Mecánica Celeste y el estudio del movimiento de satélites naturales ha permitido a los científicos diseñar y poner en órbita satélites artificiales alrededor de la Tierra y de Marte (como, por ejemplo, el Viking). Para lanzar los satélites al espacio se utilizan potentes cohetes. Si la velocidad de lanzamiento es muy baja el satélite caerá de nuevo a la Tierra atraído por la fuerza de la gravedad, de la misma manera que al lanzar una piedra vuelve a caerse a la superficie terrestre. Por otra parte, si la velocidad de lanzamiento es excesivamente alta la fuerza de gravedad de la Tierra no será suficiente para mantener al satélite en órbita y escapará hacia el espacio. Como podéis imaginar, poner en órbita un satélite no es un trabajo muy sencillo