Cómo funciona el GPS (paso a paso)

¿Sabes cómo funciona el GPS? Los aparatos equipados con GPS se han convertido en una parte esencial de nuestras vidas, desde los coches hasta los teléfonos inteligentes.

Hoy es imposible perderse, por mucho que se intente. Caminando con un smartphone en el bolsillo, tendrás acceso a un receptor GPS con tu posición exacta, estés donde estés.

Además de ayudar a la gente a llegar a su destino con seguridad, también tiene otros usos. Este artículo explora todo lo que necesitas saber sobre el GPS.

Definición y cómo funciona el GPS

El GPS, también conocido como Sistema de Posicionamiento Global, es un sistema basado en satélites que consta de un mínimo de 24 satélites. Estos satélites orbitan la Tierra a una altitud de unas 12.500 millas (20.000 km).

Funciona 24 horas al día, 7 días a la semana en todo el mundo, independientemente de las condiciones meteorológicas. Además, su uso no conlleva gastos de instalación ni cuotas de suscripción.

Cómo funciona el GPS. Componentes del GPS

El GPS es un sistema de tres partes que incluye:

1. Satélites: funcionan como estrellas de la constelación.
2. Estaciones terrestres: supervisan y controlan los satélites. Las estaciones terrestres también identifican su ubicación.
3. Receptores: escuchan constantemente las señales de los satélites. Los receptores más avanzados pueden incluso identificar la ubicación exacta con una precisión de una fracción de centímetro.

Cómo funciona el GPS. Datos interesantes sobre el GPS

1. La idea original del Sistema de Geoposicionamiento se basaba en los sistemas de navegación LORAN y Decca. Ambos se utilizaron durante la Segunda Guerra Mundial para ayudar en la navegación de barcos y aviones en usos de largo alcance.
2. Los 31 satélites GPS son propiedad de Estados Unidos. Cada satélite GPS orbita la Tierra (una revolución completa) cada 12 horas.
3. GLONASS es la versión soviética y consta de 24 satélites. Están en una órbita más rápida a 11.900 millas sobre la tierra y orbitan en 11 horas.

¿Sabías que puedes ver los satélites que orbitan alrededor de la Tierra por la noche si te encuentras en una zona oscura sin luces alrededor? Túmbese boca arriba y mire hacia arriba.

Se verán como pequeñas estrellas moviéndose rápidamente por el cielo.

3. El efecto Doppler es el principio fundamental utilizado en el GPS. Los cambios en la frecuencia de la señal de los satélites GPS ayudan a determinar la ubicación y la velocidad.

El efecto Doppler es fundamental para el funcionamiento del GPS y de muchos otros sistemas de nuestro mundo actual, por lo que conviene explicarlo.

Todas las cosas se transmiten a cierta velocidad, es decir, la luz, el sonido, etc. Así, si alguien corre hacia ti y te lanza una pelota, la velocidad de la pelota que viene hacia ti es su velocidad + la velocidad de la pelota que sale de sus manos. Si se alejan de ti y te lanzan una pelota, la velocidad de la pelota = la velocidad de la pelota - su velocidad.

Este es el fundamento de la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein, ya que lo demostró con la velocidad de la luz.

4. Antes de que llegara el GPS, se utilizaba el sistema de navegación de la marina. Su exigencia de un sistema de navegación rápido les obligó a plantearse si era posible el sistema de navegación mediante satélites.
5. En 1983, la Unión Soviética derribó el vuelo de Korean Airlines cuando éste atravesaba el espacio aéreo soviético. Este incidente hizo que Ronald Reagan diera acceso público al GPS de forma gratuita.
6. Cuando la Unión Soviética lanzó el Sputnik en 1957, dos físicos estadounidenses empezaron a monitorizar la transmisión de la señal del satélite. Se dieron cuenta de que podían determinar el satélite en su órbita a través del efecto Doppler.
7. Al principio, el GPS recibió el nombre de Navstar. El primer satélite Navstar se lanzó en 1978. El primer satélite completamente construido se presentó en el año 1989.
8. El GPS se introdujo en los automóviles en 1996.
9. Si pensaba que el GPS sólo está asociado a la navegación, se equivocaba. También puedes utilizarlo para identificar la hora correcta.

Cada satélite posee señales horarias y relojes atómicos que el GPS puede utilizar para transmitir la hora correcta. Esta hora es fundamental para la funcionalidad del GPS y proporciona al dispositivo receptor en tierra la capacidad de calcular su distancia y ubicación.

10. Bradford Parkinson, Ivan A. y Roger L. Easton inventaron el sistema de navegación GPS.
11. Un hombre inventó unos zapatos conocidos como "No Place Like Home". Llevan incorporado un GPS que guía a la persona hasta su casa chasqueando tres veces los tacones entre sí.
12. El mercado mundial actual de la tecnología GPS supera los 2.000 millones de dólares. Se espera que aumente más de 30.000 millones de dólares en los próximos diez años.
13. Más del 74% de los usuarios de smartphones utilizan el GPS para obtener su ubicación en tiempo real.
14. Se pueden utilizar las coordenadas GPS del teléfono para compartir y rastrear la ubicación de otros teléfonos móviles.

Cómo funciona el GPS. Historia del GPS - ¿Cómo surgió el Sistema de Posicionamiento Global?

• El Sistema de Posicionamiento Global tiene su origen en la era del Sputnik, en la que los científicos utilizaron el sistema de navegación para rastrear el satélite con desplazamientos de la señal de radio (efecto Doppler). Este satélite fue puesto en órbita por la Unión Soviética en octubre de 1957.
• La Marina estadounidense realizó experimentos de navegación por satélite a mediados de la década de 1960 para rastrear submarinos estadounidenses.
• Con 6 satélites orbitando los polos, los submarinos seguían los cambios de satélite mediante Doppler y encontraban la ubicación exacta del submarino en pocos minutos.
• El gobierno de Estados Unidos innovó inicialmente el GPS para uso militar. Su necesidad de un sistema de navegación global surgió durante la guerra fría. En la actualidad, el Sistema de Posicionamiento Global es propiedad del Gobierno estadounidense y está gestionado por las Fuerzas Aéreas de ese país.
• A principios de la década de 1970, el Departamento de Defensa estadounidense quería crear un sistema de navegación por satélite sólido y fiable. Así que utilizando ideas anteriores de científicos de la marina, decidieron utilizar satélites para apoyar el sistema de navegación propuesto.
• El DoD lanzó entonces su primer sistema de navegación, "NAVSTAR", en 1978. Este sistema entró en pleno funcionamiento en 1993.

En la actualidad, el GPS ofrece dos niveles de servicio:

a) Servicio de Posicionamiento Estándar

b) Servicio de Posicionamiento Preciso

• El uso del PPS está limitado a las empresas federales, las Fuerzas Armadas y los gobiernos de Estados Unidos. El SPS está a disposición de cualquier persona para su uso gratuito con un receptor GPS. Hay más receptores GPS para uso civil que militar.
  Sin embargo, los primeros sistemas GPS civiles eran voluminosos y grandes. Pero no eran tan precisos.
• Para evitar que los intrusos utilizaran los datos de navegación, el gobierno de EE.UU. utilizó el "dithering". Estos sistemas de posicionamiento global se pusieron a disposición del público en general en la década de 2000.

Cómo funciona el GPS. Funcionalidad de los satélites GPS

Cada satélite GPS envía una señal única que permite a un receptor GPS descodificar y calcular la posición exacta del satélite. Las señales se mueven a la velocidad de la luz, el receptor GPS lo sabe, y esto ayuda en el cálculo matemático para determinar su posición.

El receptor GPS utiliza estos datos para calcular la ubicación del usuario y mostrarla en el dispositivo electrónico mediante un proceso conocido como "trilateración". Funciona midiendo la distancia a cada satélite por el tiempo total que tarda en recibir una señal transmitida.

Para calcular la posición 2D y seguir el movimiento, la unidad receptora del GPS debe fijar la señal de radio de un mínimo de tres satélites. Recuerde que cuatro o más satélites permiten al receptor identificar una posición fija en 3D.

Normalmente, un receptor GPS puede rastrear ocho o más satélites GPS, pero esto depende de su ubicación en la Tierra y de la hora del día.

Para completar el cálculo matemático, el receptor GPS utiliza la posición correcta de al menos cuatro satélites. La distancia a cada satélite estima cuatro valores cruciales:

• Latitud terrestre
• Longitud terrestre
• Elevación
• Hora

Una vez que el receptor GPS identifica la posición del usuario, puede calcular otras métricas basándose en su próxima posición y restando el tiempo y la distancia, como por ejemplo

• Distancia de viaje
• Velocidad
• Rumbo
• Distancia al destino
• Pista
• Hora de salida y puesta del sol
• etc.

Cómo funciona el GPS. Señales transmitidas por GPS

para saber cómo funciona el GPS primero hay que saber que los satélites GPS transmiten al menos dos señales de radio de baja potencia. Estas señales contienen tres tipos de datos:

Código pseudoaleatorio

Cada satélite tiene un código pseudoaleatorio único que identifica qué satélite está transmitiendo datos. Es un código complicado que contiene una secuencia de 1s y 0s.

La señal es tan compleja que parece ruido eléctrico aleatorio. Por eso, a veces, se la conoce como pseudoaleatoria.

Datos de efemérides

Los satélites GPS transmiten detalles sobre la hora actual, la ubicación y el estado de salud a través de datos de efemérides. A continuación, utilizan estos datos para estimar la posición con respecto a otros satélites.

Datos del almanaque

Los datos del almanaque GPS son los datos que el satélite GPS transmite a lo largo del día. Incluye detalles como los datos de cada satélite y el estado de toda la constelación de satélites GPS. Estos datos ayudan al dispositivo receptor a localizar un área de satélites elegibles y obtener una "posición" mucho más rápido.