La utilización de sistemas de navegación
diferenciales está ampliamente extendida y se basa en el hecho de
que una buena parte de los errores de los sistemas de navegación
están fuertemente correlados entre receptores adecuadamente próximos.
Además, gran parte de estos errores también varían
de forma suficientemente lenta con el tiempo, de tal forma que pueden ser
corregidos. De este modo un receptor cuya posición es conocida puede
estimar los errores del sistema y transmitirlos de alguna manera a los usuarios
para que estos corrijan sus respectivas lecturas.
Se han hecho numerosas propuestas para transmitir las correcciones DGPS. En un apartado posterior se considerará el uso de RADIOFAROS MARÍTIMOS en la banda de frecuencias medias (MF), como el sistema más indicado en la actualidad para radionavegación marítima (objetivo planteado en el Proyecto Marítima-DGPS). Su principal desventaja es que la red de radiofaros no está pensada para el funcionamiento en tierra. Otra propuesta exitosa el uso de PSEUDOLITES. Estas estaciones de referencias especiales transmiten una señal idéntica a la de los satélites GPS y, por tanto, se puede utilizar el mismo receptor. El principal inconveniente que presentan son las características de propagación de la banda L utilizada (limitaciones en la cobertura).
Existen otros proyectos para la transmisión de las correcciones diferenciales, como incluir SUBPORTADORAS en las emisoras comerciales de FM, o la utilización de los sistemas celulares telefónicos existentes (GSM).
Estándar para Transmisión de Correcciones Diferenciales
La "Radio Technical
Commission for Maritime Services" (RTCM) estableció el Comité
Especial 104 dedicado al Servicio GPS Diferencial para definir un estándar
DGPS. Con la idea de que el DGPS se iba a utilizar por todo tipo de usuarios,
no sólo marinos, el Comité aseguró que sus especificaciones
no limitarían su uso. El Comité desarrolló una serie
de recomendaciones ("1994 RTCM Recommended Standards for Differential
Navstar GPS Service. Versión 2.1") sobre qué datos
debe transmitir la estación base, el formato de estos datos y las
reglas para utilizar las correcciones transmitidas. El Comité propuso,
además, un diseño para la opción de transmitir las
correcciones DGPS a través de pseudolites y otro para los radiofaros
marinos que pueden suministrar estas mismas correcciones.
Existen 16 tipos diferentes de mensajes, de los cuales 12 se encuentran definidos. Todos los mensajes comienzan con dos palabras de 30 bits, en las que se encuentra un preámbulo (8 bits), el tipo de mensaje (4 bits), la identificación de la estación de referencia (12 bits) y 6 bits de paridad. Además, cada mensaje contiene una serie de palabras de 30 bits para transmitir su información particular.
Actualmente se utiliza, para
la navegación marina, una red mundial de radiofaros en la banda de
frecuencias medias (MF). En concreto utilizan la banda 285 y 315 KHz.
Una red DGPS utilizando como soporte o medio de transmisión los radiofaros resulta muy atractiva para la radionavegación marítima por numerosas razones. En primer lugar, los radiofaros están ampliamente difundidos y se puede contar con una red ya dispuesta por un coste muy bajo. Además, están localizados en sitios muy interesantes para algunas aplicaciones DGPS. En concreto la Guardia Costera de los EE.UU. está interesada en utilizar esta red para la navegación en bahías y zonas costeras. También la propagación por onda de superficie en estas frecuencias proporciona cobertura más allá de la línea del horizonte. Por último, los equipos son baratos de diseñar y fabricar también debido al uso de esta banda de frecuencias.
Los problemas que deben afrontar estos radiofaros DGPS están relacionados con la compatibilidad con las señales emitidas por el propio radiofaro, y el comportamiento frente al ruido atmosférico.
El formato para la transmisión de las correcciones diferenciales, se expone a continuación:
Los pseudolites son equipos de telecomunicaciones compatibles con los transpondedores de los satélites GPS y que están situados sobre el suelo en aquellas áreas donde puede resultar conveniente. Transmiten una señal muy parecida a la del GPS para usos civiles y los instantes de transmisión están controlados a través de la norma de transmisión temporal de los satélites GPS. De hecho los pseudolites pueden proporcionar el servicio GPS Diferencial más barato, pues la señal es procesada por el mismo hardware que tiene un receptor GPS. De la misma manera que los radiofaros comentados en el subapartado anterior, la señal del pseudolite transporta las correcciones diferenciales especificadas por el RTCM. Sin embargo, a diferencia de los radiofaros, la señal está en banda L y, por tanto, la propagación está limitada al horizonte.
Otra característica fundamental es que la señal que transmiten permite que un receptor GPS ligeramente modificado calcule también la pseudodistancia al pseudolite. Esta combinación de cualidades los hacen muy apropiados para aplicaciones de aterrizaje de aeronaves, sobre todo teniendo en cuenta que se encontrarán (en el aire) con más probabilidad en la zona de cobertura del pseudolite. En este caso, para aplicaciones aeronáuticas, será necesario la utilización de al menos cuatro satélites (a diferencia de los tres que pueden bastar para aplicaciones marinas).
DGPS de Área Extensa y GPS Expandido
Se puede considerar que el DGPS de Área
Extensa ("Wide Area DGPS", WADGPS) es un subconjunto del concepto
GPS Expandido ("Augmented GPS", AUGPS).
El WADGPS (DGPS de Área Extensa) es una mejora sobre el DGPS tradicional, para tratar de eliminar la dependencia del error del usuario con respecto a la distancia a la estación de referencia. Para ello, es necesario contar con una red de estaciones monitoras con capacidad de medir el retardo ionosférico por medio de las técnicas de las dos frecuencias y, por supuesto, las pseudodistancias a todos los satélites a la vista. Se han propuesto 15 estaciones monitoras para cubrir toda la superficie continental de los EE.UU. Todas las medidas de estas estaciones son transmitidas a un ordenador central situado en una estación maestra. Este ordenador es capaz de calcular las posiciones de los satélites, el estado de sus relojes y un modelo atmosférico a partir de estas medidas. La estación maestra retransmite las correcciones para cada uno de los satélites normalmente a través de uno o varios satélites en órbita geoestacionaria.
El mayor inconveniente de este sistema está en todo el procesado que debe efectuar el receptor para recuperar y utilizar estos datos, además de ser capaz de recibir una señal proveniente de un satélite geoestacionario (típicamente en banda C).
Los tests hechos hasta la fecha del sistema ofrecen resultados que indican un error para el WADGPS de 2-3 m, equivalente a un espaciado entre estaciones DGPS tradicionales de 200 Km.
El GPS Extendido (AUGPS) considera que para alcanzar los requisitos de precisión, integridad y fiabilidad del sistema GPS en aplicaciones críticas como aterrizaje instrumental es necesario contar con todas las mejoras posibles del sistema. En este sentido, el GPS Expandido comprende el uso de pseudolites, estaciones monitoras del sistema, estaciones maestras para WADGPS, satélites geoestacionarios para la retransmisión de correcciones diferenciales y cualquier otro método que ayuda a mejorar la fiabilidad y precisión (por ejemplo: altímetros barométricos en las aeronaves).
