- Elementos de GPS
- Cómo funciona el GPS
- ¿Qué precisión tiene el GPS?
- Fuentes de errores de la señal GPS
- Aplicaciones
El GPS es una tecnología de navegación que, mediante el uso de satélites, proporciona información precisa sobre una ubicación. Básicamente, un sistema GPS consta de un grupo de satélites y herramientas bien desarrolladas, como un receptor. Sin embargo, el sistema debería comprender al menos cuatro satélites. Cada satélite y el receptor están equipados con un reloj atómico estable. Los relojes de los satélites están sincronizados entre sí y los relojes de tierra. El receptor GPS también tiene un reloj pero no está sincronizado y no es estable (menos estable). Cualquier desviación de la hora real de los satélites con respecto al reloj de tierra debe corregirse diariamente. Se requieren cuatro cantidades desconocidas (tres coordenadas y una desviación del reloj de la hora del satélite) para calcular a partir de la red sincronizada de satélites y el receptor.El trabajo del receptor GPS es recibir señales de la red de satélites para calcular tres ecuaciones básicas desconocidas de tiempo y posición.
Una señal de GPS incluye códigos pseudoaleatorios y la hora de transmisión y la posición del satélite en ese momento. La señal emitida por GPS también se denomina frecuencia portadora con modulación. Además, un código pseudoaleatorio es una secuencia de ceros y unos. En la práctica, la posición del receptor y el desfase del reloj del receptor con respecto a la hora del sistema del receptor se calculan simultáneamente, utilizando las ecuaciones de navegación para procesar el tiempo de vuelo (TOF). TOF son los cuatro valores que el receptor forma usando el tiempo de llegada y el tiempo de transmisión de la señal. La ubicación generalmente se convierte en latitud, longitud y altura en relación con los geoides (esencialmente, el nivel medio del mar). Luego, las coordenadas se muestran en la pantalla.
Elementos de GPS
La estructura del GPS es compleja. Consiste en tres segmentos principales de un segmento espacial, un segmento de control y un segmento de usuario. Lanzar el satélite a una órbita terrestre media es un trabajo arduo. El segmento espacial comprende de 24 a 32 satélites o vehículos espaciales en la misma órbita, 8 cada uno en tres órbitas circulares. Al menos seis satélites están siempre a la vista desde casi cualquier lugar de la superficie terrestre.
Junto al segmento espacial está el segmento de control. En el segmento de control hay una estación de control maestra, una estación de control maestra alternativa, antenas terrestres y estación de monitoreo. El segmento de usuarios está compuesto por miles de servicios de posicionamiento civil, comercial y militar. Un dispositivo o receptor GPS consta de una antena sintonizada con la frecuencia transmitida por los satélites. También incluye pantalla de visualización para proporcionar ubicación y hora.
Un receptor GPS se clasifica según la cantidad de satélites que puede monitorear simultáneamente, es decir, la cantidad de canales. Los receptores generalmente tienen de cuatro a cinco canales, pero los avances recientes han demostrado que también se han creado hasta 20 canales.
Frecuencia de satélite: todas las frecuencias de transmisión por satélite. La banda de frecuencia comprende cinco tipos, como L1, L2, L3, L4 y L5. Estas bandas tienen rangos de frecuencia entre 1176 MHz y 1600 M Hz.
Cómo funciona el GPS
Los satélites GPS giran alrededor de la tierra dos veces al día. Gira en un curso muy preciso y envía indicaciones e información a la tierra. Los receptores de GPS obtienen toda la información y aplican triangulación para descubrir la ubicación precisa del usuario. Básicamente, el receptor de GPS contrasta la duración de la propagación de una señal por un satélite y asigna el tiempo en que se recibió. La diferencia de tiempo formula qué tan lejos está el receptor de los satélites del GPS. Mide la distancia exacta con pocos satélites más y el receptor determina la posición del usuario y la muestra en el mapa del aparato electrónico.
El receptor debe estar bloqueado a la señal con al menos tres satélites para producir una posición bidimensional y también rastrea el movimiento del usuario. Mediante el uso de cuatro o más satélites, el receptor puede determinar la posición tridimensional del usuario, que consta de altitud, latitud y longitud. Después de determinar la posición del usuario, la unidad GPS calcula otra información como velocidad, rumbo, recorrido, distancia, destino, hora de salida y puesta del sol.
¿Qué precisión tiene el GPS?
Los receptores del GPS son muy precisos debido al diseño multicanal paralelo. Los canales paralelos son muy rápidos y precisos, aunque ciertos factores como el ruido atmosférico y las perturbaciones pueden perturbar y afectar la precisión de los receptores GPS en general a veces.
Los usuarios también pueden obtener una precisión mejorada con el GPS diferencial (DGPS), que corrige las señales de GPS para que estén rodeadas por una frecuencia regular de tres a cinco metros. La Guardia Costera de Estados Unidos opera el servicio de corrección DGPS más común. El sistema contiene una disposición de torres que obtienen señales de GPS y transmiten una señal precisa mediante transmisores de balizas. Con el fin de obtener la señal exacta, los usuarios deben tener un receptor de baliza diferencial y una antena de baliza además de tener un GPS.
Fuentes de errores de la señal GPS
Los factores que pueden alterar la precisión de las señales de GPS y, por lo tanto, influir en la exactitud, incluyen los siguientes:
- Retrasos de la ionosfera y la troposfera: la señal del satélite se ralentiza a medida que cruza las capas de la atmósfera. El sistema GPS utiliza un modelo integrado que se utiliza para calcular la duración regular de los obstáculos necesarios para corregir este tipo de inexactitud.
- Multitrayectoria de señal: este error se produce cuando la señal se refleja en objetos como edificios más altos y rocas más grandes antes de que llegue al receptor. Esto aumenta el tiempo total de duración del recorrido de la señal y provoca errores e inexactitudes.
- Errores orbitales: estos errores también se conocen como errores de efemérides y se utilizan para calcular las inexactitudes de la ubicación del satélite.
- Número de satélites visibles: la precisión depende del número exacto de satélites que puede ver un receptor GPS. Los factores como edificios, terreno, interferencia electrónica bloquean la precisión y la recepción de la señal, lo que causa errores en la posición y, a veces, no se lee en las señales. Por lo general, no funciona en interiores, bajo el agua y bajo tierra.
Aplicaciones
No solo para uso militar es una máquina GPS ampliamente conocida por su uso en servicios civiles y comerciales. Algunas aplicaciones civiles son:
1. Astronomía: Se utiliza en cálculos de astrometría y mecánica celeste.
2. Vehículos automatizados: También se utiliza en vehículos automatizados (vehículos sin conductor) para aplicar ubicaciones para automóviles y camiones.
3. Telefonía celular: Los teléfonos móviles modernos vienen equipados con software de rastreo GPS. Está presente porque uno puede conocer su posición y también puede rastrear servicios públicos cercanos como cajeros automáticos, cafeterías, restricciones, etc. El primer GPS habilitado para teléfonos celulares se lanzó en la década de 1990. En telefonía celular también se utiliza en la detección de llamadas de emergencia y muchas otras aplicaciones.
4. Ayuda en caso de desastre y otros servicios de emergencia: En caso de cualquier desastre natural, un GPS es la mejor herramienta para identificar la ubicación. Incluso antes de desastres como ciclones, el GPS ayuda a calcular el tiempo estimado.
5. Seguimiento de flotas: GPS es una herramienta de desarrollo conocida por su potencial para rastrear barcos militares durante la guerra.
6. Ubicación del automóvil: un automóvil con GPS facilita el seguimiento de su ubicación.
7. Geo cercado: En geo cercado, usamos GPS para rastrear a un humano, un animal o un automóvil. El dispositivo está sujeto al vehículo, a la persona o al collar del animal. Proporciona seguimiento y actualización continuos.
8. Geoetiquetado: una de las principales aplicaciones es el geoetiquetado, lo que significa aplicar coordenadas locales a objetos digitales.
9. GPS para minería: utiliza precisión de posicionamiento a nivel de centímetros.
10. Recorridos GPS: ayuda a determinar la ubicación de puntos de interés cercanos.
11. Topografía: Los topógrafos utilizan el sistema de posicionamiento global para trazar mapas.