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GPS: Sistema de posicionamiento global


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El sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de Posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satélites, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.
Cada uno de estos 24 satélites, situados en una órbita geoestacionaria a unos 20.000 km. de la Tierra y equipados con relojes atómicos, transmiten ininterrumpidamente la hora exacta y su posición en el espacio.

Esto es, a grandes rasgos, el sistema GPS. A partir de esto, los receptores GPS reciben esos datos que, una vez procesados, nos muestran.

Como funciona un receptor GPS

Como hemos dicho anteriormente, los receptores GPS reciben la información precisa de la hora y la posición del satélite. Exactamente, recibe dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite en relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida desde cualquier satélite, y una vez el receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en el espacio; la otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite. Cuando el receptor ha captado la señal de, al menos, tres satélites calcula su propia posición en la Tierra mediante la triangulación de la posición de los satélites captados, y nos presentan los datos de Longitud, Latitud y Altitud calculados. Los receptores GPS pueden recibir, y habitualmente lo hacen, la señal de más de tres satélites para calcular su posición. En principio, cuantas más señales recibe, más exacto es el cálculo de esta posición.

Teniendo en cuenta que la concepción inicial de este sistema era hacer un uso militar del mismo, debemos señalar que los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, y que éstos quedan sujetos a una degradación de precisión que oscila de los 15 a los 100 metros RMS o 2DRMS en función de las circunstancias geoestratégicas del momento, según la interpretación del Departamento de Defensa de los EE.UU., que es quien gestiona y proporciona este servicio. Esta degradación queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del Departamento de Defensa de los EE.UU. o SA (Selective Availability) y, como hemos indicado antes, introduce un error en la transmisión de la posición para los receptores de uso civil. Esto es, naturalmente, para mantener una ventaja estratégica durante las operaciones militares que lo requieran.

De todo esto se deduce que, habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la posición de aprox. 15m. RMS que puede aumentar hasta los 100 m. RMS cuando el Gobierno de los EE.UU. lo estime oportuno. Esto no es ningún problema, puesto que nuestra posición siempre mantiene un error de valor casi constante, y en cuanto a la orientación, no nos supone ninguna pérdida de fiabilidad, puesto que es un error de dimensiones muy reducidas que, incluso en las condiciones más extremas de falta de visibilidad, nunca excederá nuestro campo visual. Normalmente, cuando el error en la posición aumenta de los 15m., sólo lo hace de forma temporal, y responde a operaciones de tipo militar o estratégico que coinciden con nuestro uso del receptor.

Si la utilización que vamos a dar a nuestro receptor GPS requiere más precisión aún, como trabajos topográficos, levantamientos cartográficos, carreras de orientación, situación de balizas, etc., casi todas las firmas disponen de antenas opcionales con dispositivos DGPS para algunos de sus receptores que corrigen mediante cálculo diferencial este error, disminuyéndolo hasta un margen de 1 a 3 metros RMS.

Ventajas del GPS respecto a los sistemas habituales de orientación

En síntesis, podemos entender el GPS como un sistema que nos facilita nuestra posición en la Tierra y nuestra altitud, con una precisión casi exacta, incluso en condiciones meteorológicas muy adversas.

Es muy importante entender que el cálculo de la posición y la altitud no se hace a partir de los datos de sensores analógicos de presión, humedad o temperatura (o una combinación de éstos) como en los altímetros o altímetros-barómetros analógicos, o incluso como en los más sofisticados altímetros digitales, sino que se hace a partir de los datos que nos envía una constelación de satélites en órbita que, a pesar de ser simples como satélites, nos proporcionan la fiabilidad de hacer uso de la tecnología más sofisticada y precisa de la que el hombre dispone actualmente. También debemos reparar en el hecho de que la evolución de ésos datos analógicos que, en efecto, nos van a ser muy útiles para prever los cambios atmosféricos y las condiciones ambientales para el desarrollo de la actividad que llevemos a cabo, son de una fiabilidad relativa para calcular nuestra posición y altitud exactas.

Además, todos los GPS's incorporan funciones de navegación realmente sofisticadas que nos harán cambiar nuestro concepto de la orientación. Por ejemplo, podemos elaborar nuestras rutas sobre mapas, registrando en el dispositivo los puntos por los que queremos, o debemos pasar y, sobre el terreno, activando esa ruta, una pantalla gráfica nos indicará si estamos sobre el rumbo correcto o nos estamos desviando en alguna dirección; o utilizar la misma función en rutas reversibles, es decir, ir registrando puntos por lo que vamos pasando para luego poder volver por esos mismos puntos con seguridad. Con todos estos datos, además podemos deducir la velocidad a la que nos estamos desplazando con exactitud, mientras mantenemos nuestro rumbo en línea recta, o deducir la velocidad a la que nos hemos desplazado si registramos todos los puntos de cambio de rumbo y un largo etc. de funciones muy útiles e interesantes que podemos ir descubriendo al utilizar estos dispositivos.

Procesamiento vía PC de datos obtenidos con receptores GPS

Si necesitamos exportar los datos obtenidos con nuestro receptor GPS a un ordenador para hacer los cálculos que nos sean necesarios, es bueno recordar que, habitualmente, los kits para transferencia de datos entre PC's y GPS's, así como los kits de alimentación eléctrica, acostumbran a ser dispositivos opcionales cuando adquirimos nuestro receptor GPS, al menos hasta los receptores de gama media, que ya empiezan a incorporar funciones que pueden hacer necesario incluir estos kits de serie. Además, no podemos olvidar que necesitaremos un software específico para importar esos datos de una forma más o menos estándar, que nos permita hacer uso de ellos de manera versátil.

Los interfaces más corrientes son los NMEA 0180, 0181 y 0183, así que necesitaremos software que contemple éstos interfaces, para hacer transferencias por un puerto serie. También es corriente encontrar interfaces con correcciones RS232 que nos permitan hacer transferencias por puertos paralelos. Además, existen interfaces propios de muchas firmas de fabricantes de GPS's que crean sus propios protocolos.

El software para estas tareas, es relativamente barato (si lo que queremos, simplemente, es obtener esos datos, claro está), e incluso existen muchas aplicaciones de shareware y freeware que podemos encontrar, por ejemplo (como no), en Internet. Al final de este documento hay una pequeña relación de direcciones interesantes para encontrar más información sobre este tema.

 

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