Levantamiento Con GPS

Introducción

El sistema de posicionamiento global (GPS) es una red de satélites que orbitan la Tierra en puntos fijos por encima del planeta y transmiten señales a cualquier receptor GPS en la Tierra. Estas señales llevan un código de tiempo y un punto de datos geográficos que permite al usuario identificar su posición exacta, la velocidad y el tiempo en cualquier parte del planeta.

El GPS fue diseñado originalmente para aplicaciones militares y de los servicios de inteligencia en plena Guerra Fría durante la década de los 60, aunque se inspiró en el lanzamiento de la nave espacial soviética Sputnik en 1957.

Transit fue el primer sistema de satélites lanzado por Estados Unidos y probado por la marina estadounidense en 1960. Sólo cinco satélites orbitando la Tierra permitían a los buques determinar su posición en el mar una vez cada hora. El sucesor de Transit fue el satélite Timation en 1967, que demostró que los relojes atómicos de alta precisión podían funcionar en el espacio. A partir de ese momento, el GPS se desarrolló rápidamente para fines militares con un total de 11 satélites "Block I" lanzados entre 1978 y 1985.

Sin embargo, fue el derribo de un avión de pasajeros coreano (vuelo 007) por parte de la URSS en 1983 lo que llevó al Gobierno de Ronald Reagan en EE.UU. a establecer el GPS para aplicaciones civiles de modo que los aviones, las embarcaciones y medios de transporte de todo el mundo pudieran determinar su posición y evitar desviarse involuntariamente y entrar en límites territoriales extranjeros.

El desastre del transbordador de la NASA SS Challenger en 1986 redujo la actualización del sistema GPS hasta que en 1989 se lanzaron los primeros satélites Block II. En el verano de 1993, EE.UU. lanzó su 24º satélite Navstar a la órbita, que completó la moderna constelación de satélites GPS: una red de 24 satélites conocidos actualmente como sistema de posicionamiento global o GPS. Veintiún satélites de la constelación estaban activos en todo momento y los otros 3 eran de repuesto. La red de GPS actual cuenta con 30 satélites activos en la constelación GPS. Hoy, el GPS se utiliza para decenas de aplicaciones de navegación, la búsqueda de rutas para los conductores, la creación de mapas, la investigación de los terremotos, los estudios climatológicos o el juego de búsqueda del tesoro al aire libre conocido como geocaching.

Marco teórico

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

• EL SISTEMA GPS

• Arquitectura del sistema GPS

El sistema se descompone en tres segmentos básicos, los dos primeros de responsabilidad militar: segmento espacio, formado por 24 satélites GPS con una órbita de 26560 Km. de radio y unperiodo de 12 h.; segmento control, que consta de cinco estaciones monitoras encargadas de mantener en órbita los satélites y supervisar su correcto funcionamiento, tres antenas terrestres que envían a los satélites las señales que deben transmitir y una estación experta de supervisión de todas las operaciones; y segmento usuario, formado por las antenas y los receptores pasivos situados en tierra. Los receptores, a partir de los mensajes que provienen de cada satélite visible, calculan distancias y proporcionan una estimación de posición y tiempo.

• Cadenas de Código GPS

El código pseudo-aleatorio transmitido se compone de tres tipos de cadenas:

• El código C/A (Coarse/Acquisition), con frecuencia 1.023 MHz., utilizado por los usuarios civiles.

• El código P (Precisión Code), de uso militar, con una frecuencia 10 veces superior al código C/A.

• El código Y, que se envía encriptado en lugar del código P cuando está activo el modo de operación antiengaños2.

Los satélites transmiten la información en dos frecuencias:

• Frecuencia portadora L1, a 1575.42 MHz., transmite los códigos C/A y P.

• Frecuencia portadora L2, a 1227.60 MHz., transmite información militar modulada en código P.

El satélite transmite además una señal de 50 Hz. en ambas portadoras L1 y L2, que incluye las efemérides y las correcciones por desviación de sus relojes.

• Niveles de Servicio GPS

El sistema GPS proporciona dos niveles diferentes de servicio que separan el uso civil del militar:

• Servicio de Posicionamiento Estándar (SPS, Standard Positioning Service). Precisión normal de posicionamiento civil obtenida con la utilización del código C/A de frecuencia simple.

• Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS, Precise Positioning Service).

Este posicionamiento dinámico es el de mayor precisión, basado en el código P de frecuencia dual, y solo está accesible para los usuarios autorizados.

• FUENTES DE ERROR EN LOS GPS

A continuación se describen las fuentes de error que en la actualidad afectan de forma significativa a las medidas realizadas con el GPS:

• Perturbación ionosférica. La ionosfera está formada por una capa de partículas cargadas eléctricamente que modifican la velocidad de las señales de radio que la atraviesan.

• Fenómenos meteorológicos. En la troposfera, cuna de los fenómenos meteorológicos, el vapor de agua afecta a las señales electromagnéticas disminuyendo su velocidad. Los errores generados son similares en magnitud a los causados por la ionosfera, pero su corrección es prácticamente imposible.

• Imprecisión en los relojes. Los relojes atómicos de los satélites presentan ligeras desviaciones a pesar de su cuidadoso ajuste y control; lo mismo sucede con los relojes de los receptores.

• Interferencias eléctricas imprevistas. Las interferencias eléctricas pueden ocasionar correlaciones erróneas de los códigos pseudo-aleatorios o un redondeo inadecuado en el cálculo de una órbita. Si el error es grande resulta fácil detectarlo, pero no sucede lo mismo cuando las desviaciones son pequeñas y causan errores de hasta un metro.

• Error multisenda. Las señales transmitidas desde los satélites pueden sufrir reflexiones antes de alcanzar el receptor. Los receptores modernos emplean técnicas avanzadas de proceso de señal y antenas de diseño especial para minimizar este error, que resulta muy difícil de modelar al ser dependiente del entorno donde se

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