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¿Cómo funciona el sistema GPS? | Radioaficion Ham Radio

¿Cómo funciona el sistema GPS?

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¿Cómo funciona el sistema GPS?

El GPS, o Sistema de Posicionamiento Global, puede decirte fácilmente en qué parte estás del mundo, las 24 horas al día, usando para ello una serie de señales transmitidas desde satélites.

El saber dónde estás constituye una poderosa herramienta de por sí. Imaginaos la posibilidad de colocar vuestra tienda de campaña, determinando la esquina exacta de la cuadrícula en una expedicion VHF DX, o informar continuamente sobre vuestra posicion cuando os encontréis monitorizando un evento público o una situacion de emergencia, por citar algunos ejemplos. El sistema GPS fué diseñado precisamente para el Gobierno de los EE.UU. con el objeto de proveer un servicio de posicionamiento tanto para el personal civil como para el militar. Con un receptor GPS portatil podéis desde determinar vuestra posicion, sentido de marcha, velocidad o grabar los puntos de parada en ruta, hasta usar un interface con un ordenador para ir delineando la ruta sobre un mapa, o para transmitir vuestra situacion a otros.

GPS

Ahora, estos receptores se han ido colocado a un nivel de precio que los hacen asequibles para el ciudadano medio, incluyendo a los radiopitas, y toda ésta gente se está aprovechando de las ventajas que conlleva esta poderosa tecnología. Ahora bien: ¿Cómo funciona el sistema GPS? ¿Qué es lo que necesitáis saber para adquirir inteligentemente un receptor? Todo ésto y más es lo que vamos a tratar en el artículo que nos ocupa.

Cómo funciona:

Un poco de historia El sistema GPS consta de 24 satélites puestos en órbita alrededor del Globo, cada uno a una altura de 21.000 kilómetros, aproximadamente, y con una inclinacion de unos 55 grados con relacion al ecuador. Cada uno de los satélites da más o menos una vuelta a la Tierra cada 12 horas. Básicamente, estos satélites siguen unas estaciones baliza que transmiten en 1575.42 MHz. Luego, ya en tierra firme, un receptor GPS debe tomar las mediciones de por lo menos cuatro de los mencionados satélites para determinar la posicion exacta.

Tan pequeno y atractivo como debería de ser, sin embargo resulta que no hay nada corriente en el interior de este dispositivo. Consta de un analizador de espectro abierto extremadamente sensitivo, un reloj ultrapreciso y una sofisticada calculadora matemática. Hablando un poco de la tecnología de espectro abierto, diremos que la señal transmitida es desperdigada a través de un gran ancho de banda, usando para ello un "mensaje" codificado a gran velocidad. Es por esto que si lográis sintonizar una señal de éste tipo, lo más probable es que oigáis simplemente un aumento del sonido de fondo. Un receptor de espectro abierto debe autosincronizarse con el mensaje recibido para poder detectar adecuandamente la señal portadora. ¡Y esto no resulta precisamente una tarea fácil!

Una vez que el receptor GPS está emparejado con el transmisor, tanto como para poder hablar, por ejemplo, graba los datos que pueda necesitar de la señal del satélite. Para calcular la distancia con respecto al pájaro, el receptor GPS debe ser capaz de determinar las diferencias horarias entre el momento en que los datos fueron enviados y el momento en que son recibidos. O sea, el tiempo total requerido para que la señal llegue del satélite al receptor. Como la señal se mueve a la velocidad de la luz (300.000 km/s) el receptor puede calcular la distancia fácilmente basándose en el citado tiempo.

Veamos: Distancia en Km.= 300.000 Km/s x Tiempo que tarda, en segundos

Este tiempo de transmision es enviado directamente por el propio satélite y se conoce como mensaje de navegacion (nav message) y el de recepcion es determinado por un preciso reloj interno en el receptor. De todas maneras, para que este tipo de tecnica funcione con la precision que se espera, el citado reloj debe funcionar con una exactitud similar a la de los que disponen los satélites. Esto significa un reloj bastante carillo, por tanto no sirven los que se encuentran habitualmente en el stock que suelen portar los africanos que se dedican a la venta ambulante, como comprenderéis. Para mantener relativamente bajo para todos el costo de los receptores, se recurre a una cuarta cifra, no precisable, denominada compensacion del reloj, que es calculada a partir del rango de mediciones realizadas por el aparato receptor.
Esta nueva cifra, cuando es combinada con las superprecisas marcas de tiempo transmitidas por los satélites GPS, permiten que el receptor muestre el tiempo con un error de menos de un microsegundo, pudiendo trabajar así en una relacion sumamente precisa. De esta manera, combinando las distancias medidas entre vuestra ubicacion y los diversos satélites, el receptor puede "pintar" dónde os encontráis, en cualquier lugar del ancho mundo.

Dependiendo de vuestra situacion, a una hora dada se puede dar la circunstancia en que estén a la vista de cinco a diez satélites. ¿Cómo sabe entonces el receptor los satélites que se encuentran a su alcance? Pues contiene una memoria no volátil en la que mantiene una especie de almanaque de todos los satélites GPS. Esta lista se va actualizando de manera contínua mientras el receptor está funcionando, por medio del mentado mensaje de navegacion.




Comprar un receptor GPS
En los últimos años se han estado llevando a cabo grandes esfuerzos para conseguir una reduccion en el tamaño, potencia requerida y precio de éstos receptores. Lo que hace apenas diez años ocupaba una gran caja de metal, ahora cabe perfectamente en la palma de la mano. Por supuesto, los más mañosos pueden elegir montarse el suyo propio, adquiriendo una de las placas GPS de circuítos impresos y microchips que la AMSAT pone a su disposicion. Para los que no les guste arriesgar tanto el pellejo -la mayoría, y nos incluímos nosotros en éste apartado- existen una serie de modelos portátiles a disposicion del gran público. Ahora bien; ¿Cúales son las características que nos encontraremos en uno de éstos aparatitos?

Vamos a ver... Primeramente, hemos de saber que la precision de un receptor GPS de clase civil suele estar en los 100 metros. Esto es porque el gobierno americano ha degradado la precision de los aparatos destinados al uso civil por medio de una técnica denominada Disponibilidad Selectiva (SA, en el lenguaje de los yanquis). De todos modos, esto va a cambiar hacia el final de la década, de manera que todos vamos a poder disfrutar de ésa altísima precision posible. Ved el apartado "Recortes de prensa".

Otro factor determinante en el coste final es el número de satélites que pueden ser monitorizados. Usualmente, suele ser de entre cinco y ocho, lo que permite un ámplio uso recreacional. Hay algunos aparatos que pueden realizar el seguimiento de doce satélites, lo que quiere decir que capturan todos los que se encuentran en su particular "punto de mira", con canales de recambio disponibles para que le quepan todos los que encuentre a la vista.

Tenemos dos tipos de arquitectura en éstos aparatos. Unos, los secuenciales, que disponen de un canal para todos los satélites y van destinando un corto espacio de tiempo para cada uno, en su modo de escaneo, y otros, que son los paralelos, en los que cada satélite tiene su propio canal dedicado en exclusiva a él solito. Este último tipo de arquitectura es algo más robusta que la secuencial, y por supuesto suele costar también algo más. Luego, existen algunos receptores que combinan las dos arquitecturas.

Otra cosa que habéis de tener en cuenta es lo que comentamos hace unos momentos: que las señales GPS viajan a lo largo de una gran cantidad de kilómetros para alcanzar tu receptor, con lo que las señales son bastante débiles. Por lo tanto, cosillas como sombreros, parabrisas, árboles y demás pueden degradar las mismas hasta el punto de que pueden llegar a ser inservibles. A no ser que estéis pensando en emplear el aparato en lugares abiertos o muy abiertos -como en el Sáhara, por ejemplo- os recomendamos que coloquéis en el aparato una antena removible. Algunos receptores vienen con una antena interior que no se puede quitar, y no tienen previsto un punto de conexion para una externa, así que es mejor que os fijéis bien en el tipo de configuracion de antena que se ajuste a vuestras necesidades particulares.

Todos éstos receptores funcionan a base de baterías, pero convendría que adquiriéseis uno que contemplase además la posibilidad de una alimentacion externa si es que planeáis emplear el receptor durante una cantidad considerable de tiempo. Muchos receptores tienen disponible un cable de alimentacion para conectarle alimentacion externa desde el encendedor del coche. Asimismo, muchos son resistentes al agua, realizando la proteccion de la unidad por medio del rellenado con nitrógeno en el compartimiento del receptor y su posterior sellado. Esto puede ser crucial si vais a utilizar el aparato en barcos o a la intemperie en condiciones lluviosas.

Si estáis planeando usar el GPS con el popular software APRS (Sistema Automático de Reporte de Packet), el receptor debe tener la capacidad de enviar los datos de posicion a vuestra TNC de Packet. Necesitaréis un receptor que disponga del puerto interface de datos NMEA 0183, que es el stándard utilizado por algunos fabricantes de TNCs de Packet, así como el que emplea la industria de los propios receptores GPS. Además, el citado interface de datos puede ser conectado a un ordenador que esté haciendo correr cualquiera de los programas de base de datos de mapas más populares. Estos programas indican vuestra posicion sobre el mapa y hasta dibujan gráficos del estilo "miga de pan" (punto a punto, vaya), mostrando así vuestros devenires por las calles y ofreciendo de paso la posibilidad de retrazar vuestros pasos, si es necesario.

Muchos receptores GPS computan balizas y velocidades por vosotros, usando una suerte de medidas multiposicionales realizadas en tanto os hayáis estado moviendo. Los distintos receptores suelen variar bastante en el modo en que esta informacion es representada, que puede ir desde un display alfanumérico hasta una representacion gráfica de una carretera sobre la que se muestra una aguja estilo compás que va indicando la direccion por la que se ha estado "andando". Muchos aparatos te permiten incluso ir almacenando localizaciones y agruparlas en rutas. Deberéis repasar todos los modelos que encontréis para ver que presentacion se adecúa mejor a vuestra manera de interpretar los datos que se muestren.

Recortes de prensa:

El gobierno norteamericano liberaliza la plena potencia del sistema GPS Ya hemos comentado en éste artículo que el gobierno norteamericano había degradado la precision de los equipos GPS empleados por el personal civil por medio del sistema S.A. (Selective Accuracy o Precision Selectiva) Ahora bien, según nuestras fuentes de informacion al otro lado del charco, parece ser que hacia el final de la década todos podremos disfrutar de la alta precision que ofrece el equipamiento destinado en la actualidad al uso militar. El pasado 29 de Marzo de 1996, la Casa Blanca hizo público el siguiente comunicado de prensa:


Washington D.C. - El Presidente Clinton ha aprobado hoy las nuevas líneas a seguir para la administracion y uso del Sistema Americano GPS. Clinton ha dicho lo siguiente: "-La misma tecnología que ayudó a nuestras tropas a obtener la victoria en la operacion Tormenta del Desierto, nos brindará a todos la máxima seguridad en los viajes aéreos por todo el mundo, una gran mejora en los transportes por nuestras carreteras y autopistas y una respuesta más rápida de los vehículos de urgencias cuando se dé una operacion de estas características. Además ayudará a que la Industria Norteamericana lidere el mundo." (Y, expresando esta última coletilla, el tío se quedó tan ancho)

Manuel Novoa © QTC Magazine Octubre 1997, todos los derechos reservados.

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