HDG explica: ¿Cómo funciona el GPS?

Hola leyente ! Aquí Pablo con un nuevo post para ustedes !
Espero que les sea de su agrado y nos vemos en la próxima

La última vez que usó su teléfono para tener Google Maps señala su ubicación exacta en un mapa, ¿alguna vez se detuvo y se preguntó cómo funciona el GPS con tanta precisión?

El sistema de posicionamiento global (GPS) fue lanzado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos en 1973 (conocido como NAVSTAR). En 1993, había 24 satélites GPS orbitando la Tierra y transmitiendo datos orbitales y posicionales que los militares podrían utilizar para la navegación y otros fines militares. Hoy, al momento de escribir estas líneas, hay 28.

En la década de 1980, los datos transmitidos desde satélites GPS se abrieron al público, lo que abrió todo un mercado para la amplia variedad de dispositivos de navegación GPS que tenemos hoy.

En el momento de redactar este artículo, Rusia, China, Europa e India tienen sus propios sistemas GPS activos. Japón está desarrollando su propio sistema GPS programado para estar operativo en 2023.

¿Cómo funciona el GPS?

Si bien la tecnología satelital en la que se basa el GPS es muy avanzada, la forma en que funciona el sistema es impresionantemente simple.

Hay tres componentes en cualquier sistema de navegación GPS individual.

  • Satélites: Los satélites GPS orbitan la Tierra y transmiten su hora actual y posición orbital a todos los receptores GPS de su lado del planeta.
  • Centro de comando: El centro de mando transmite datos orbitales, correcciones de tiempo y la posición orbital de otros satélites hasta los satélites en órbita.
  • Receptores GPS: Un receptor de GPS en la Tierra recibe tiempos orbitales de tantos satélites dentro del alcance y calcula su propia posición en la Tierra basándose en las posiciones de al menos cuatro satélites de GPS.

Los receptores GPS utilizan un principio matemático conocido como triangulación para calcular su propia ubicación.

¿Cómo funciona la triangulación GPS?

Desde cualquier punto del planeta, si tiene un receptor de GPS (como el de su teléfono), un receptor de GPS recibe marcas de tiempo de los relojes sincronizados en cada uno de los satélites GPS que se encuentran arriba.

Utilizando las diferencias en las marcas de tiempo y la velocidad constante de la luz a la que viajan las ondas de radio, el receptor GPS puede determinar la distancia entre el lugar donde se encuentra y cada satélite.

Esto le proporciona al receptor GPS el radio de las esferas con los satélites en el centro y su ubicación en el borde de la esfera.

Dado que cada satélite viaja en una órbita predecible sobre la tierra, el receptor puede usar un almanaque almacenado de la posición conocida actual de todos los satélites GPS para determinar dónde, aproximadamente, esos satélites se encuentran actualmente ubicados sobre la tierra.

Con la posición conocida de cada satélite y la distancia medida entre esos satélites y su posición, la recepción de su GPS puede calcular su ubicación aproximada determinando dónde se unen las intersecciones de esas tres esferas en la superficie de la Tierra.

A continuación, el receptor le muestra esa ubicación en un mapa.

Tres satélites proporcionan una ubicación aproximada, y los receptores GPS requieren una cuarta señal de otro satélite GPS para determinar su altitud actual en la superficie de la Tierra utilizando otro principio matemático conocido como trilateración.

Cómo funciona el sensor GPS de su teléfono

La mayoría de los teléfonos inteligentes modernos de hoy vienen equipados con un chip receptor de GPS. Este chip puede recibir las señales de radio de los satélites GPS.

El reloj de su teléfono no es un reloj atómico, por lo que su hora no está sincronizada con los relojes atómicos de los satélites en órbita. Sin embargo, esto no importa cuando se trata de calcular la ubicación utilizando señales de esos satélites.

Esto se debe a que el receptor GPS de su teléfono se centra en los datos que recibe de los satélites y en una base de datos de ubicaciones de satélites conocidas en la Tierra. Dado que todos los satélites tienen un reloj atómico, la hora actual en cada satélite es exactamente la misma en cualquier momento.

Sin embargo, debido a la distancia del satélite y al hecho de que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, las diferencias entre cada marca de tiempo recibida revelan la distancia entre su teléfono y cada uno de los satélites.

Así es como funciona este proceso de GPS:

  • Los cuatro satélites transmiten exactamente la misma marca de tiempo a su teléfono a las 5:12:14 p.m.
  • Su teléfono recibe esa marca de tiempo a las 5:12:15 del satélite 1.
  • Recibe la marca de tiempo a las 5:12:16 del satélite 2.
  • Finalmente, a las 5:12:17, recibe la marca de tiempo del satélite 3.

Esto le dice a su receptor GPS que la señal de radio tardó 1 segundo en llegar desde el satélite 1, 2 segundos desde el satélite 2 y 3 segundos desde el satélite 3.

La velocidad de la luz es una constante conocida de 299.792.458 metros por segundo.

Usando matemáticas simples, el receptor puede calcular que su distancia es de aproximadamente 300 mil metros del satélite 1, 600 mil metros del satélite 2 y 900 mil metros del satélite 3.

Utilizando una tabla de búsqueda de una base de datos de satélites GPS, el receptor GPS de su teléfono conoce la ubicación actual aproximada sobre la Tierra de los tres satélites, lo que proporciona coordenadas de longitud y latitud de los tres.

Con esa información, su teléfono puede calcular sus propias coordenadas de longitud y latitud en la tierra.

Usando sus coordenadas conocidas, su receptor GPS puede usar la distancia medida entre él y un cuarto satélite para determinar a qué altitud sobre la Tierra se encuentra.

¿Qué es un sistema de posicionamiento global asistido?

Antes de que los teléfonos inteligentes comenzaran a integrar circuitos GPS, la gente normalmente usaba receptores GPS portátiles que funcionaban con baterías AA. O instalarían unidades de GPS en automóviles, que funcionaban conectados a la batería del teléfono.

Esto se debe a que la comunicación por radio requiere más potencia. La limitación de esto es que a menudo tenía que esperar varios minutos para que su receptor de GPS se «fijara» en suficientes satélites de GPS para calcular su posición.

Los fabricantes de teléfonos inteligentes evitaron esta limitación de la batería al combinar su tecnología existente de triangulación celular. Mucho antes de que los teléfonos estuvieran habilitados para GPS, podían usar señales provenientes de torres de teléfonos celulares para triangular su posición, usando el mismo tipo de marca de tiempo de triangulación y tecnología de distancia que con los satélites GPS.

Desafortunadamente, debido a que las torres de telefonía celular están al nivel del suelo, este cálculo de navegación es mucho menos preciso. Por lo tanto, el software GPS de su teléfono inteligente usará primero la triangulación de la señal celular para determinar su posición aproximada y luego actualizará esa posición una vez que los datos del GPS satelital estén listos.

Esto permite que los teléfonos inteligentes modernos reserven energía de la batería utilizando solo datos de GPS cuando se requieren esas actualizaciones de ubicación. Es por eso que a menudo ver tu ubicación en Google Maps ocasionalmente saltan a una nueva ubicación cuando hay datos más precisos disponibles.

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