Fundamentos Del GPS

FUNDAMENTO TEÓRICO

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL GPS

Reseña histórica

A principios de los años 60 los departamentos de Defensa y Transporte de los EEUU, conjuntamente con la Agencia Espacial (DoD, DoT y NASA respectivamente), pusieron en marcha una iniciativa para desarrollar un sistema de localización basado en satélites.

Su motivación era obtener un sistema que cumpliese los requisitos de globalidad, abarcando toda la superficie del globo; continuidad, funcionamiento continuo sin afectar las condiciones atmosféricas; altamente dinámicas, para posibilitar su uso en aviación y precisión; y ser de bajo coste. El sistema entonces existente, el LORAN, basado en radiofrecuencia, no cumplía de forma satisfactoria estos requisitos.

Fue así como los EEUU desarrollaron el sistema antecesor del NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System).

El TRANSIT.

El sistema TRANSIT, formado por cuatro satélites, no disponía de una gran precisión (debido a su número limitado de satélites) y su margen de error era aproximadamente de 250 m. Su gran aplicación fue la navegación de submarinos y de barcos. La URSS por aquel entonces también tenía un sistema muy parecido, denominado TSICADA. El entorno de la guerra fría empujó el desarrollo de este tipo de sistemas en ambos bandos. El sistema TRANSIT evolucionó al sistema NAVSTAR-GPS y en el caso de la URSS, el sistema TSICADA evolucionó al sistema GLONASS. Sin embargo, ambos sistemas, dado la época de la historia en que fueron desarrollados, sólo podían ser utilizados por el ejército.

En 1984 un vuelo civil de Korean Airlines fue derribado por la Unión Soviética al invadir por error su espacio aéreo. Aquello llevó a la administración del presidente de los EEUU Ronald Reagan a ofrecer a los usuarios civiles cierto nivel de uso de GPS, llegando finalmente, en el 2000, y de manos del entonces presidente de los EEUU Bill Clinton, a eliminar esta restricción. Actualmente se logran precisiones de hasta 15 metros en usos civiles.

Dado que el sistema está bajo el control, entre otros, del Departamento de

Defensa de EEUU, el servicio puede verse sometido a restricciones temporales.

Actualmente su constelación está formada por 29 satélites. El último fue lanzado el 26 de septiembre de 2005 y es el primero perteneciente al bloque IIR-M.

Definición

El SPG o GPS (Global Positioning System: sistema de posicionamiento global) o NAVSTAR-GPS es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

Usando GPS, uno puede determinar automáticamente su posición (latitud y longitud) en la tierra. Funciona continuamente en todas partes del mundo y es disponible a todos libre de cargos.

Descripción del sistema GPS:

• El segmento espacial

Los objetivos principales del segmento espacial son, a partir de las instrucciones que reciben del segmento de control: proporcionar una referencia de tiempo atómico, generar las señales de RF pseudoaleatorias y almacenar y reenviar el mensaje de navegación.

Está formado por una constelación de 29 satélites, uniformemente dispersados alrededor de la Tierra en 6 órbitas aproximadamente circulares a una altitud media de 20.200 Km. Los 6 planos orbitales están inclinados 55º sobre el plano del ecuador y la separación entre las órbitas es de 60º. Las órbitas son casi circulares, tienen una excentricidad menor a 0,02, con un semieje mayor de unos 26.000 Km. y un periodo de 12 horas sidéreas (11h 58min 2seg).

Este sistema permite la posibilidad, por parte de los usuarios debidamente equipados, de recibir globalmente señales de radio conteniendo información de alta precisión acerca de su posición, velocidad y tiempo.

El principio de funcionamiento en el que se basa es el de triangulación. Para ello se necesita la medida simultánea de la distancia entre el receptor y al menos 4 satélites (ya que se necesita determinar también el error debido al sincronismo entre el reloj del receptor y la escala de tiempo GPS). Esta constelación proporciona al usuario entre 6 y 11 satélites o vehículos espaciales (SVs) a la vista desde cualquier punto en la Tierra por encima del horizonte y con un ángulo superior a los 15º.

Los satélites disponen de estructuras y mecanismos para poder mantenerse en órbita, comunicarse con el segmento de control y emitir las señales a los 5 Software para procesamiento de datos GPS receptores. Uno de los puntos críticos del sistema GPS son los relojes de los satélites. Por este motivo los satélites están equipados con relojes atómicos (Rubidio, cesio) de muy alta estabilidad.

Los satélites GPS se identifican de diferentes maneras: por su posición en el plano orbital (cada satélite ocupa un lugar (1, 2, 3,…), dentro de las seis órbitas

– A, B, C, D, E ó F), por el número de catalogación de la NASA,

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