GPS

2000/02/20 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia

• Astronautika

El GPS -Global Positioning System- és la constel·lació de 24 satèl·lits en òrbita del Departament de Defensa dels Estats Units. Qualsevol persona que posseeixi una propietat privada i disposi d'un aparell que pugui rebre senyals GPS, pot utilitzar el servei d'aquests satèl·lits de manera gratuïta. No obstant això, com després es veurà, l'exèrcit estatunidenc recull les dades amb major precisió que ningú.

Gràcies als senyals que permanentment envien els satèl·lits GPS, el sistema GPS mostra la posició de qualsevol cosa o cosa que es trobi en la superfície terrestre. A partir d'aquests senyals, i mitjançant triangulació, per la qual cosa seran necessàries tres senyals procedents de tres satèl·lits, es poden obtenir dades aproximades de la posició.

Però, com es pot fixar la posició a partir dels senyals que emeten aquests satèl·lits? Per a poder obtenir dades sobre la posició dels satèl·lits és és necessari conèixer en tot moment la distància que hi ha en cadascun d'ells. Això s'aconsegueix mesurant el temps, és a dir, mesurant el temps que triga el senyal que s'envia des del satèl·lit a arribar al receptor. Aquesta mesura es pot realitzar gràcies al codi que envia cada satèl·lit, el codi pseudoaleatori, ja que cada satèl·lit té el seu codi. Per exemple, el codi del satèl·lit A se emet tant des de la Terra com des del satèl·lit. Si en el sòl es detecta aquest codi, es recullen dues versions d'aquest: El que s'envia des de la Terra i el que envia el satèl·lit. Per descomptat, aquesta última arriba una mica més tard. Si aquest retard es mesura amb precisió, s'obté la distància al satèl·lit, ja que la velocitat d'aquest senyal és pràcticament igual a la velocitat de la llum. Això sí, perquè el sistema tingui valor, per a mesurar amb precisió el temps ha d'estar ben sincronitzat.

El codi pseudoaleatori és relativament complex i té avantatges: 1) És difícil confondre el senyal d'un GPS amb la d'un altre GPS. 2) Les interferències són més difícils de produir. 3) El senyal pot augmentar considerablement, per la qual cosa per a rebre-la no són necessàries grans antenes parabòliques, qualsevol receptor pot valer.

Amb el tema de la sincronització els satèl·lits no tenen cap problema, ja que estan dotats de rellotges atòmics de gran precisió. Però què passa amb els receptors barats de la Terra? Evidentment, no tenen rellotge atòmic, perquè en cas contrari serien molt cars. Per a solucionar el problema es fa una lectura del senyal del quart satèl·lit que pot detectar fallades de mesura. Si el mesurament del temps que triga el senyal dels tres satèl·lits inicials anés sense errors, el mesurament al quart satèl·lit hauria de donar la mateixa lectura. Però com es produeixen errors -desfasi entre els codis dels satèl·lits i els receptors - el senyal que arriba des del quart satèl·lit indica una mesura incorrecta. Això permetrà al receptor mesurar l'error i fer una lectura més precisa.

Per tant, s'obté la precisió segons la precisió dels rellotges atòmics dels satèl·lits GPS, els satèl·lits en òrbita. En òrbita… però on? En teoria, a 20.200 quilòmetres d'altura. Però en tot moment, on? Per a facilitar les coses, els satèl·lits GPS estan situats en una òrbita molt exacta, fora de l'atmosfera. Així, al no existir fricció amb l'atmosfera, no existeix un risc elevat de moviment de satèl·lits. Els receptors GPS disposen en tot moment d'una eina que permet localitzar cada satèl·lit. No obstant això, degut per força de gravetat de la Lluna, a la radiació del Sol, etc., es produeixen petits errors, però estan ben controlats pel Departament de Defensa dels Estats Units.

El control entre ells no es limita a això, ja que el codi pseudoaleatori que envia el satèl·lit indica exactament on està el satèl·lit. Els radars terrestres encarregats de controlar els satèl·lits envien aquesta informació a cada satèl·lit. A pesar que tot sembla estar baix control, poden sorgir problemes i fins i tot sorgeixen:

1. Teòricament, els senyals que arriben des del satèl·lit al receptor arriben a través de la velocitat de la llum i del buit, mentre que en la realitat el senyal ha de travessar capes atmosfèriques en les quals es pot desviar la direcció del senyal, retardar-la i atenuar-la. Per a solucionar-ho és possible modelizar la capa que travessa el senyal, però la modelització serà matemàtica i estàndard i l'atmosfera està en constant canvi. Una altra solució és la tecnologia de doble banda, és a dir, l'enviament de dos senyals de diferent freqüència per a una mesura més precisa. No obstant això, aquesta tecnologia només depèn dels receptors més sofisticats.
2. Abans d'arribar al receptor el senyal pot trobar-se amb edificis, cables d'electricitat, etc., el que pot ocasionar errors de mesura. No obstant això, els receptors més recents disposen d'un sistema que separa el senyal més precís.
3. El satèl·lit, encara que és molt precís, pot presentar petits errors de posició i el propi rellotge atòmic.
4. Els satèl·lits visibles a cada moment han de seleccionar-se correctament. Si els satèl·lits triats per a la posició estan molt allunyats entre si, el mesurament sol ser més precisa, mentre que quan estan més a prop el mesurament és menys precisa. La qüestió és que no sempre es poden triar els satèl·lits més llunyans.
5. Els militars tenen la possibilitat d'introduir errors en el senyal. En temps de guerra poden empitjorar la qualitat del senyal i així controlar la tecnologia. I és que els militars tenen la clau de la degeneració, i amb això poden obtenir més precisió.

Com el sistema GPS és dels Estats Units, molts països estan preparant el seu sistema. Els russos ja tenen la seva -GLONASS- i l'Agència Espacial Europea està treballant en un projecte similar.

Publicat en 7