Jose M. Cárdenas Contreras
GPS
El GPS (Global Positioning System o tambiensistema de posicionamiento global) es un sistema de navegacion por satelite fundado y controlado por el departamento de defensa de los Estados Unidos.
Estructura del GPS
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El GPS se basa en un standard mediante el cual, unos satélites envían señales codificadas que puedan ser procesadas por un receptor GPS. La estructura del GPS se divide por segmentos, cada uno de ellos tiene un ambito de accion, yrealizan funciones distintas.
El segmento espacial (Space Segment) del sistema esta formado por lossatelites GPS. Estos satelites envían señales de radio por el espacio hacialos receptores.
La Constelacion de Operaciones GPS está formada (al menos inicialmente) por 24 vehiculos espaciales: 21 satelites de navegacion y 3 satelites de control de orbita que giran en orbitas de 12 horas. La altura de éstos está configurada de modo que los satélites repiten las mismas trayectorias y orbitas cada 24 horas aproximadamente (4 minutos menos cada día). Hay seis planos orbitales equidistantes (60 grados y todos ellos inclinados unos 55º respecto el plano de la eclíptica) y hay cuatro satelites GPS en cada plano orbital. Esta constelacion permite que el usuario disponga de un minimo de 5 y un máximo de 8 satelites GPS visibles desde cualquier punto de la tierra.
Por otra parte está el segmento de control que consiste en un sistema de seguimiento por estaciones base que estan distribuidas por todo el mundo.
Estas estaciones realizan funciones de seguimiento y monitorizaje de laconstelación de operaciones. La estación "principal" de control se encuentra en la base aérea de Schriever (oficialmente AFB Falcon) en Colorado. Las estaciones también se encargan de autoregular las órbitas de los satélites y también de sincronizar las variables temporales de éstos. Las otras estaciones de control son las de Hawaii (Pacifico Oriental), Isla Ascension (Atlantico), Diego Garcia (Indico) y Kwajalein (Pacifico Occidental)
El segmento de usuario es el siguiente elemento en el escalafón y engloba a cualquier dispositivo capaz de recibir y procesar señales GPS. Estos receptores convierten la señal proviniente del satélite en valores de velocidad, posicion y tiempo. Se requieren cuatro satélites para calcular los cuatro valores (tres dimensiones X, Y, Z y factor Tiempo). Los receptores GPS se suelen utilizar para navegación, posicionamiento y diseminación temporal y aunque también es posible utilizarlos con otros fines, la principal funcion del GPS es la navegación en tres dimensiones.
Para uso comun, existen receptores GPS "portatiles", como los garmin e incluso algunos modelos de teléfono que ya lo incorporan en el interior.
Posicionamiento
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El servicio de posicionamiento preciso (PPS) es posible utilizandoreceptores GPS en posiciones referenciales para permitir correcciones y datos para reposicionar su emplazamiento. Supervivencia, control geodesico y estudios de tectonica de placas son ejemplos claros para posicionamientos muy concretos. Las diseminaciones de tiempo y frecuencia, basados en los relojes a bordo de los satelites y controlados por las estaciones de control, son otro claro ejemplo de uso del GPS. Respecto a la precision, depende del tipo de usuario.
Los usuarios autorizados con equipo criptografico (claves y software) y receptores GPS especializados en posicionamiento preciso pueden utilizar el servicio de posicionamiento preciso, ademas de esto, solo los militarespertenecientes a los EE.UU. y aliados, agencias del gobierno estadounidense y ciertos usuarios civiles seleccionados y autorizados por el gobierno estadounidense, pueden usar el servicio de posicionamiento exacto.
Las mediciones se suelen calcular a partir de dos desviaciones standard del error en las 3 dimensiones (2drms), aunque los fabricantes de receptores GPS pueden utilizar otros algoritmos para calcular las medidas. Por ejemplo, el error Root-mean-square (RMS) es el valor de UNA desviacion standard de una, dos o las tres dimensiones. La probabilidad circular de error (CEP) es el valor del radio de una circunferencia centrada en la posicion que alberga el 50% de las probabilidades, y la probabilidad esferica de error (SEP) es lo mismo que el cep pero en lugar de una circunferencia, es una esfera. Los fabricantes de receptores se han inclinado por utilizar los dos últimos sistemas (sobre todo el SEP ya que en la misma medida, se incluyen las tres dimensiones y no solo dos como hace el CEP). La ventaja principal de dichos sistemas es que el error relativo no se acumula a partir de grandes distancias. Incluso hay algunos receptores que calculan la posicion segun figuras RMS o CEP sin tener en cuenta la disponibilidad selectiva, por lo que estos receptores parecen ser mucho mas precisos que los demas receptores SPS.
Las señales GPS
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Las señales se transmiten por radio, en concreto se utiliza el espectro perteneciente a las microondas. El satélite transmite dos portadoras, L1 y L2. La señal L1 es de 1575.42 Mhz y es portadora del mensaje de navegación así como los codigos SPS y la señal L2 (1227.60 Mhz) se utiliza para medir el retardo ionosférico debido a los receptores equipados con PPS. La fase entre las dos portadoras es modificada según tres codigos binarios.
- El código C/A (Adquisicion de curso), modula la fase de la portadora L1. Se trata de un ruido Pseudo-aleatorio (PRN) de 1 Mhz. El codigo C/A se repite cada 1023 bits (un milisegundo). Hay un codigo C/A para cada Vehiculo Espacial (Satelite GPS). Con frecuencia, los satelites GPS son identificados por su código C/A, único identificador de cada código PRN. El código C/A que modula la señal L1 es la base del servicio SPS para usuarios civiles.
- El código P (Preciso) modula tanto la portadora L1 como la L2. El código P es un código PRN de 10 Mhz extremadamente largo (cerca de una semana). En el modo de operación Anti-Spoofing (AS) el código P se encripta dentro del código y requiere un modulo Anti-Spoofing para cada canal del receptor y solo se usa por usuarios autorizados con claves criptograficas. El código P y el código Y son la base del PPS.
- Y por último, el propio mensaje de navegación también modula la señal L1 que ya está modulada por el código C/A. El mensaje de navegación es una señal de 50 Hz con datos que describen las órbitas de los satélites GPS, ajustes del reloj y otros parámetros del sistema.
Las señales GPS se pueden esquematizar segun el siguiente diagrama :
Portadora L1 = 1575.42 Mhz
Codigo C/A = 1023 Mhz
Datos del sistema/navegacion = 50hz
Codigo P = 10.23 Mhz
Portadora L2 = 1227.6 Mhz
Aplicación para localización de GPS's (es necesario saber el tracking number)
Links para seguimiento en tiempo real de vuelos reales
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