GPS

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

• Astronautika

El GPS -Global Positioning System- es la constelación de 24 satélites en órbita del Departamento de Defensa de Estados Unidos. Cualquier persona que posea una propiedad privada y disponga de un aparato que pueda recibir señales GPS, puede utilizar el servicio de estos satélites de forma gratuita. Sin embargo, como luego se verá, el ejército estadounidense recoge los datos con mayor precisión que nadie.

Gracias a las señales que permanentemente envían los satélites GPS, el sistema GPS muestra la posición de cualquier cosa o cosa que se encuentre en la superficie terrestre. A partir de estas señales, y mediante triangulación, por lo que serán necesarias tres señales procedentes de tres satélites, se pueden obtener datos aproximados de la posición.

Pero, ¿cómo se puede fijar la posición a partir de las señales que emiten estos satélites? Para poder obtener datos sobre la posición de los satélites es es necesario conocer en todo momento la distancia que hay en cada uno de ellos. Esto se consigue midiendo el tiempo, es decir, midiendo el tiempo que tarda la señal que se envía desde el satélite en llegar al receptor. Esta medida se puede realizar gracias al código que envía cada satélite, el código pseudoaleatorio, ya que cada satélite tiene su código. Por ejemplo, el código del satélite A se emite tanto desde la Tierra como desde el satélite. Si en el suelo se detecta este código, se recogen dos versiones del mismo: El que se envía desde la Tierra y el que envía el satélite. Por supuesto, esta última llega un poco más tarde. Si este retraso se mide con precisión, se obtiene la distancia al satélite, ya que la velocidad de esta señal es prácticamente igual a la velocidad de la luz. Eso sí, para que el sistema tenga valor, para medir con precisión el tiempo debe estar bien sincronizado.

El código pseudoaleatorio es relativamente complejo y tiene ventajas: 1) Es difícil confundir la señal de un GPS con la de otro GPS. 2) Las interferencias son más difíciles de producir. 3) La señal puede aumentar considerablemente, por lo que para recibirla no son necesarias grandes antenas parabólicas, cualquier receptor puede valer.

Con el tema de la sincronización los satélites no tienen ningún problema, ya que están dotados de relojes atómicos de gran precisión. ¿Pero qué pasa con los receptores baratos de la Tierra? Evidentemente, no tienen reloj atómico, porque de lo contrario serían muy caros. Para solucionar el problema se hace una lectura de la señal del cuarto satélite que puede detectar fallos de medida. Si la medición del tiempo que tarda la señal de los tres satélites iniciales fuera sin errores, la medición al cuarto satélite debería dar la misma lectura. Pero como se producen errores -desfase entre los códigos de los satélites y los receptores - la señal que llega desde el cuarto satélite indica una medida incorrecta. Esto permitirá al receptor medir el error y hacer una lectura más precisa.

Por tanto, se obtiene la precisión según la precisión de los relojes atómicos de los satélites GPS, los satélites en órbita. En órbita… ¿pero dónde? En teoría, a 20.200 kilómetros de altura. Pero en todo momento, ¿dónde? Para facilitar las cosas, los satélites GPS están situados en una órbita muy exacta, fuera de la atmósfera. Así, al no existir fricción con la atmósfera, no existe un riesgo elevado de movimiento de satélites. Los receptores GPS disponen en todo momento de una herramienta que permite localizar cada satélite. Sin embargo, debido a la fuerza de gravedad de la Luna, a la radiación del Sol, etc., se producen pequeños errores, pero están bien controlados por el Departamento de Defensa de Estados Unidos.

El control entre ellos no se limita a eso, ya que el código pseudoaleatorio que envía el satélite indica exactamente dónde está el satélite. Los radares terrestres encargados de controlar los satélites envían esta información a cada satélite. A pesar de que todo parece estar bajo control, pueden surgir problemas e incluso surgen:

1. Teóricamente, las señales que llegan desde el satélite al receptor llegan a través de la velocidad de la luz y del vacío, mientras que en la realidad la señal debe atravesar capas atmosféricas en las que se puede desviar la dirección de la señal, retrasarla y atenuarla. Para solucionarlo es posible modelizar la capa que atraviesa la señal, pero la modelización será matemática y estándar y la atmósfera está en constante cambio. Otra solución es la tecnología de doble banda, es decir, el envío de dos señales de diferente frecuencia para una medida más precisa. Sin embargo, esta tecnología sólo depende de los receptores más sofisticados.
2. Antes de llegar al receptor la señal puede encontrarse con edificios, cables de electricidad, etc., lo que puede ocasionar errores de medida. Sin embargo, los receptores más recientes disponen de un sistema que separa la señal más precisa.
3. El satélite, aunque es muy preciso, puede presentar pequeños errores de posición y el propio reloj atómico.
4. Los satélites visibles en cada momento deben seleccionarse correctamente. Si los satélites elegidos para la posición están muy alejados entre sí, la medición suele ser más precisa, mientras que cuando están más cerca la medición es menos precisa. La cuestión es que no siempre se pueden elegir los satélites más lejanos.
5. Los militares tienen la posibilidad de introducir errores en la señal. En tiempos de guerra pueden empeorar la calidad de la señal y así controlar la tecnología. Y es que los militares tienen la llave de la degeneración, y con ello pueden obtener más precisión.

Como el sistema GPS es de Estados Unidos, muchos países están preparando su sistema. Los rusos ya tienen la suya -GLONASS- y la Agencia Espacial Europea está trabajando en un proyecto similar.

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