GPS

GPS(SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL)Exploracin y sistemas de informacin geogrfica

Gmez Reyes Erika IsabelSISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBALEl Sistema de Posicionamiento Global, ms conocido con las siglas en inglsGPS, es un Sistema de Navegacin por Satlite que permite determinar en todo el mundo la posicin de un objeto, con una gran precisin que puede llegar hasta los centmetros, si bien lo habitual son unos pocos metros. El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, que suministra informacin sobre la posicin y la velocidad de los objetos que lo usan 24 horas al da y con cobertura en todo el mundo.El GPS est integrado por tres segmentos o componentes de un sistema, que a continuacin se describen:a) Segmento espacialEl Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es una constelacin de satlites de navegacin que orbitan la Tierra a una altitud de cerca de 12.000 millas (20.000 kilmetros). A esta altitud, los satlites completan dos rbitas en un poco menos de un da. Aunque originalmente diseado por el Departamento de Defensa de EE.UU. para aplicaciones militares, su gobierno federal hizo el sistema disponible para usos civiles y levant las medidas de seguridad diseadas para restringir la precisin hasta 10 metros.

La constelacin ptima consiste en 21 satlites operativos con 3 de "repuesto". A partir de julio de 2006, haba 29 satlites operacionales de la constelacin.

Seales GPS

Los satlites del GPS transmiten dos seales de radio de baja potencia, llamadas "L1" y "L2". Cada seal GPS contiene tres componentes de informacin: un cdigo pseudoaleatorio, los datos de efemrides de satlite y datos de almanaque. El cdigo pseudoaleatorio identifica al satlite que transmite su seal. Los datos de efemrides de satlite proporcionan informacin sobre la ubicacin del satlite en cualquier momento. El almanaque contiene informacin sobre el estado del satlite y la fecha y hora actuales. Para cada satlite, el tiempo es controlado por los relojes atmicos a bordo que son cruciales para conocer su posicin exacta.

Determinacin de Posiciones del GPS

Las posiciones se obtienen mediante la determinacin de las distancias a los satlites visibles. Este proceso se conoce como "trilateracin". El momento de la transmisin de la seal en el satlite se compara con el momento de la recepcin en el receptor. La diferencia de estos dos tiempos nos dice cunto tiempo tom para que la seal viajara desde el satlite al receptor. Si se multiplica el tiempo de viaje por la velocidad de la luz, podemos obtener el rango, o de distancia, con el satlite. La repeticin del proceso desde tres satlites permite determinar una posicin de dos dimensiones en la Tierra (es decir, la longitud y latitud). Un cuarto satlite es necesario para determinar la tercera dimensin, es decir la altura. Cuantos ms satlites son visibles, ms precisa es la posicin del punto a determinar. Las rbitas de los satlites GPS estn inclinadas respecto al ecuador de la Tierra en alrededor de 55. La distribucin espacial de la constelacin de satlites permite al usuario disponer de 5 a 8 satlites visibles en cualquier momento. El sistema est diseado para asegurar que al menos cuatro satlites estarn visibles con una recepcin configurada de la seal de 15 sobre el horizonte en un momento dado, en cualquier parte del mundo.

Aunque el GPS puede dar posiciones muy precisas, an hay fuentes de error. Estos incluyen los errores del reloj, los retrasos atmosfricos, sin saber exactamente dnde estn los satlites en sus rbitas, las seales que se refleja de los objetos en la superficie de la Tierra, e incluso la degradacin intencionada de la seal del satlite.

OTROS SATELITES

b) Segmento de controlEs una serie de estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie terrestre que continuamente monitorea a cada satlite analizando las seales emitidas por estos y a su vez, actualiza los datos de los elementos y mensajes de navegacin, as como las correcciones de reloj de los satlites.

Las estaciones se ubican estratgicamente cercanas al plano ecuatorial y en todas se cuenta con receptores con relojes de muy alta precisin.

c) Segmento usuarioLo integran los receptores GPS que registran la seal emitida por los satlites para el clculo de su posicin tomando como base la velocidad de la luz y el tiempo de viaje de la seal, as se obtienen las pseudodistancias entre cada satlite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos cuatro satlites en tiempo comn; el receptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el tiempo.8Cmo trabaja el sistema GPS para determinar la posicin de un punto?El software instalado en el receptor realiza un primer clculo de la posicin de un punto al captar la seal de los satlites, posteriormente es procesada en una computadora que utiliza un software especial. La posicin del receptor se determina a travs de una serie de mediciones de pseudodistancias en una poca determinada; estas pseudodistancias se utilizan conjuntamente con las posiciones de los satlites al instante de emitir las seales. Los propios satlites emiten los datos de su posicin orbital o datos de efemrides que permiten conocer su ubicacin y calcular la posicin del receptor en la Tierra.

La posicin tridimensional del receptor es el punto donde se intersecan pseudodistancias de un grupo de satlites.POR QUE SIN ALBERT EINSTEIN NO TENDRIAMOS GPS?Aparentemente ya est todo resuelto. Con la triangulacin de las tres seales y la sincronizacin entre el reloj atmico del satlite y el de nuestro GPS el sistema debera hallar nuestra posicin exacta. Pero no es as. El clculo fallara por muchos kilmetros.La teora de la relatividad afirma que el tiempo transcurre ms lentamente cuanto mayor es la velocidad a la que nos desplacemos. El fenmeno no es apreciable en la tierra, con los medios de transporte actuales, pero s lo sera a velocidades prximas a las de la luz. El GPS consiste en una red de satlites situados en una rbita a 20.000 kilmetros de distancia de la tierra. El receptor GPS se pone en contacto con cuatro de esos satlites. Tres de ellos, por un sencillo clculo geomtrico de triangulacin con las seales recibidas, calculan nuestra posicin.Las seales que se envan y reciben para este clculo viajan a la velocidad de la luz. An as tienen una mnima demora que tambin hay que calcular para que el resultado sea exacto. Este es el papel del cuarto satlite: ajustar con exactitud la hora del reloj de nuestro GPS. Para ello, los satlites se valen de un reloj atmico extremadamente exacto que llevan con ellos, un reloj que se atrasa una milsima de segundo cada 100.000 aos.Ahora que conocemos estas leyes hay que tener en cuenta que los satlites GPS orbitan a 14.000 kilmetros por hora. Esto significa que el tiempo para ellos (al igual que en el ejemplo del astronauta) transcurre ms despacio.Por otra parte, estn a 20.000 kilmetros de la tierra. All la atraccin gravitatoria es menor y por tanto, de acuerdo a la segunda conclusin el tiempo pasa ms rpido.Restando la diferencia de ambos fenmenos obtenemos que el tiempo transcurre 39 millonsimas de segundo por da ms despacio para los satlites que para las personas que estamos en la tierra. Es decir, al final de cada da, el satlite es 39 millonsimas de segundo menos joven que nosotros.No parece una diferencia muy grande, pero hay que tener en cuenta que se usa para clculos en los que la velocidad de las seales de los satlites (300.000 km/seg.) es uno de los parmetros. Cualquier millonsima que nos dejemos en el tintero multiplicada por esta cifra se transforma en un error de bulto que supondra un fallo de 11 kilmetros ms cada da al calcular nuestra posicin.Los instrumentos de los satlites ajustan automticamente sus clculos a estos fenmenos de la teora de la relatividad, lo que permite una exactitud de quince metros. Lo que les impide afinar al milmetro son las interferencias de la atmsfera o las circunstancias climatolgicas.