GPS

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

• Astronautika

O GPS -Global Positioning System- é a constelación de 24 satélites en órbita do Departamento de Defensa de Estados Unidos. Calquera persoa que posúa una propiedade privada e dispoña dun aparello que poida recibir sinais GPS, pode utilizar o servizo destes satélites de forma gratuíta. Con todo, como logo verase, o exército estadounidense recolle os datos con maior precisión que ninguén.

Grazas aos sinais que permanentemente envían os satélites GPS, o sistema GPS mostra a posición de calquera cousa ou cousa que se atope na superficie terrestre. A partir destes sinais, e mediante triangulación, polo que serán necesarias tres sinales procedentes de tres satélites, pódense obter datos aproximados da posición.

Pero, como se pode fixar a posición a partir dos sinais que emiten estes satélites? Paira poder obter datos sobre a posición dos satélites é é necesario coñecer en todo momento a distancia que hai en cada un deles. Isto conséguese medindo o tempo, é dicir, medindo o tempo que tarda o sinal que se envía desde o satélite en chegar ao receptor. Esta medida pódese realizar grazas ao código que envía cada satélite, o código pseudoaleatorio, xa que cada satélite ten o seu código. Por exemplo, o código do satélite A emítese tanto desde a Terra como desde o satélite. Si no chan detéctase este código, recóllense dúas versións do mesmo: O que se envía desde a Terra e o que envía o satélite. Por suposto, esta última chega un pouco máis tarde. Se este atraso mídese con precisión, obtense a distancia ao satélite, xa que a velocidade deste sinal é practicamente igual á velocidade da luz. Iso si, para que o sistema teña valor, paira medir con precisión o tempo debe estar ben sincronizado.

O código pseudoaleatorio é relativamente complexo e ten vantaxes: 1) É difícil confundir o sinal dun GPS coa doutro GPS. 2) As interferencias son máis difíciles de producir. 3) O sinal pode aumentar considerablemente, polo que paira recibila non son necesarias grandes antenas parabólicas, calquera receptor pode valer.

Co tema da sincronización os satélites non teñen ningún problema, xa que están dotados de reloxos atómicos de gran precisión. Pero que pasa cos receptores baratos da Terra? Evidentemente, non teñen reloxo atómico, porque pola contra serían moi caros. Paira solucionar o problema faise una lectura do sinal do cuarto satélite que pode detectar fallos de medida. Se a medición do tempo que tarda o sinal dos tres satélites iniciais fose sen erros, a medición ao cuarto satélite debería dar a mesma lectura. Pero como se producen erros -desfasamento entre os códigos dos satélites e os receptores - o sinal que chega desde o cuarto satélite indica una medida incorrecta. Isto permitirá ao receptor medir o erro e facer una lectura máis precisa.

Por tanto, obtense a precisión segundo a precisión dos reloxos atómicos dos satélites GPS, os satélites en órbita. En órbita… pero onde? En teoría, a 20.200 quilómetros de altura. Pero en todo momento, onde? Paira facilitar as cousas, os satélites GPS están situados nunha órbita moi exacta, fóra da atmosfera. Así, ao non existir fricción coa atmosfera, non existe un risco elevado de movemento de satélites. Os receptores GPS dispoñen en todo momento dunha ferramenta que permite localizar cada satélite. Con todo, debido á forza de gravidade da Lúa, á radiación do Sol, etc., prodúcense pequenos erros, pero están ben controlados polo Departamento de Defensa de Estados Unidos.

O control entre eles non se limita a iso, xa que o código pseudoaleatorio que envía o satélite indica exactamente onde está o satélite. Os radares terrestres encargados de controlar os satélites envían esta información a cada satélite. A pesar de que todo parece estar baixo control, poden xurdir problemas e mesmo xorden:

1. Teoricamente, os sinais que chegan desde o satélite ao receptor chegan a través da velocidade da luz e do baleiro, mentres que na realidade o sinal debe atravesar capas atmosféricas nas que se pode desviar a dirección do sinal, atrasala e atenuala. Paira solucionalo é posible modelizar a capa que atravesa o sinal, pero a modelización será matemática e estándar e a atmosfera está en constante cambio. Outra solución é a tecnoloxía de dobre banda, é dicir, o envío de dous sinais de diferente frecuencia paira una medida máis precisa. Con todo, esta tecnoloxía só depende dos receptores máis sofisticados.
2. Antes de chegar ao receptor o sinal pode atoparse con edificios, cables de electricidade, etc., o que pode ocasionar erros de medida. Con todo, os receptores máis recentes dispoñen dun sistema que separa o sinal máis preciso.
3. O satélite, aínda que é moi preciso, pode presentar pequenos erros de posición e o propio reloxo atómico.
4. Os satélites visibles en cada momento deben seleccionarse correctamente. Se os satélites elixidos paira a posición están moi afastados entre si, a medición adoita ser máis precisa, mentres que cando están máis cerca a medición é menos precisa. A cuestión é que non sempre se poden elixir os satélites máis afastados.
5. Os militares teñen a posibilidade de introducir erros no sinal. En tempos de guerra poden empeorar a calidade do sinal e así controlar a tecnoloxía. E é que os militares teñen a chave da dexeneración, e con iso poden obter máis precisión.

Como o sistema GPS é de Estados Unidos, moitos países están a preparar o seu sistema. Os rusos xa teñen a súa -GLONASS- e a Axencia Espacial Europea está a traballar nun proxecto similar.

Publicado en 7