GPS: una red en los cielos
Cada vez se ven más automóviles con sistemas GPS instalados. En este artículo mostramos cómo funciona y qué posibilidades ofrece.
Los inicios
Comencemos por los orígenes. En los últimos tiempos de la guerra fría y como sistema de apoyo al sistema de misiles balísticos, el Departamento de Defensa de Estados Unidos elaboró un sistema que permitiera mejorar la localización de objetivos, para lo cual necesitaba conocer la ubicación concreta de ambas posiciones (la del objetivo y, sobre todo, la del lanzador). Para ello se gastaron en su momento unos 12.000 millones de dólares y lo denominaron Global Positioning System, o Sistema de Posicionamiento Global (también puede ser leído y escuchado como Sistema de Geoposicionamiento).
El Sistema consiste en una red de 24 satélites con sus correspondientes estaciones terrestres. La red de satélites es capaz de determinar la situación exacta de cualquier punto de la Tierra (con una precisión mayor que los centímetros). Si a ello se le añade el económico precio de los receptores se comprenderá que haya tenido un éxito rotundo en la navegación marítima y terrestre. Respecto a esta última, está comenzando a ser cada vez más popular encontrarlo en automóviles.
Cómo funciona
La labor de determinar la ubicación exacta de cualquier punto se realiza mediante una combinación de mediciones de tres satélites. Estos satélites cubren la superficie de la Tierra y la intersección de las tres mediciones posibilita la ubicación exacta. En un sentido matemático son necesarios cuatro satélites, pero ciertos truquillos y descartes de posiciones erróneas permiten que con sólo tres, sea más que suficiente.
Los satélites determinan su distancia respecto a la Tierra calculando el tiempo que tarda en llegar la señal del satélite a nuestro receptor. Ésta es la parte del sistema que más dificultades entraña. La solución se halla en la forma de sincronización de los receptores y satélites. Los satélites envían una señal al receptor, la cual sirve para corregir la distancia entre ambas partes y por lo tanto establecer la ubicación del mismo contando con el intervalo de la transmisión.
Esta sincronización se lleva a cabo mediante la emisión del Código Pseudo Aleatorio (Pseudo Random Code). Este código es muy complejo por varias razones. Por un lado permite que no haya confusión en la identificación de la señal y por otro hace que no precisemos de una antena parabólica para la recepción de la señal, con lo que se abaratan costes y se facilita la portabilidad del aparato. La señal también facilita determinar la distancia que hay entre satélite y receptor. Una cuarta señal de satélite permite la sincronización perfecta, sin necesidad de utilizar un reloj atómico en cada receptor. Los satélites sí que poseen un reloj atómico (los más precisos) para sincronizarse y por lo tanto conocer su ubicación y hacer mediciones precisas. Tanto satélites como receptores contienen dispositivos que les permiten mantenerse sincronizados, descartando los errores que se producen principalmente debido a las alteraciones gravitacionales que la interacción de la Luna con la Tierra producen. Son desviaciones gravitacionales leves, aunque deben ser tenidas en cuenta para lograr la máxima precisión.
La troposfera y la ionosfera generan errores en las mediciones debido a las condiciones meteorológicas de la primera y a las partículas que contiene la segunda. Los medidores con frecuencia dual pueden solventar estas desviaciones, aunque no todos están preparados para ello. La sofisticación del receptor permite solucionar la mayoría de los errores que se generan en la operación, tales como determinar que satélite dará mayor precisión, los problemas con el reloj,?
Para solventar los errores se ha ideado GPS Diferencial, que es un sistema que se sirve de otros receptores para descartar errores. Hay que tener en cuenta que los errores que cometen los satélites, a pesar de ser mínimos a escala espacial, pueden convertirse en un error de varios kilómetros en la superficie del planeta.
La complejidad tecnológica del sistema es mucho mayor de lo que aquí se ha contado, sin embargo, estos breves apuntes sirven para una introducción a la materia y nos dan una idea de cómo funcionan los sistemas de localización geográfica GPS.
