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ANTECEDENTES DEL GPS
El lanzamiento del satélite espacial estadounidense Vanguard en 1959 puso de manifiesto que la transmisión de señales de radio desde el espacio podría servir para orientarnos y situarnos en la superficie terrestre o, a la inversa, localizar un punto cualquiera en la Tierra.
Los sistemas anteriores de posicionamiento que empleaban estaciones terrestres de A.M. (Amplitud Modulada) cubrían un área mayor que los de UHF (Frecuencias ultracortas), pero no podían determinar con exactitud una posición debido a las interferencias atmosféricas que afectan a las señales de radio de amplitud modulada y a la propia curvatura de la Tierra que desvía las ondas.
Por tanto, la única forma de solucionar este problema era colocando transmisores de radio en el espacio cósmico que emitieran constantemente señales codificadas en dirección a la Tierra. De hecho esas señales cubrirían un área mucho mayor que las de A.M., sin introducir muchas interferencias en su recorrido.
Sin embargo, no fue hasta 1993 que el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América, basado en la experiencia recogida del satélite Vanguard (en un principio para uso exclusivamente militar) puso en funcionamiento un sistema de localización por satélite conocido por las siglas en inglés GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamiento Global).
En sus inicios el propio Departamento de Defensa programó errores de cálculo codificados en las transmisiones de los satélites GPS para limitarlo solamente a la actividad militar que sí contaba con decodificadores para interpretar correctamente las señales, pero a partir de mayo de 2000 esta práctica quedó cancelada y hoy en día el sistema GPS se utiliza ampliamente en muchas actividades de la vida civil, aunque no está exento de ser reprogramado de nuevo en caso de cualquier conflicto bélico.
Los sistemas anteriores de posicionamiento que empleaban estaciones terrestres de A.M. (Amplitud Modulada) cubrían un área mayor que los de UHF (Frecuencias ultracortas), pero no podían determinar con exactitud una posición debido a las interferencias atmosféricas que afectan a las señales de radio de amplitud modulada y a la propia curvatura de la Tierra que desvía las ondas.
Por tanto, la única forma de solucionar este problema era colocando transmisores de radio en el espacio cósmico que emitieran constantemente señales codificadas en dirección a la Tierra. De hecho esas señales cubrirían un área mucho mayor que las de A.M., sin introducir muchas interferencias en su recorrido.
Sin embargo, no fue hasta 1993 que el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América, basado en la experiencia recogida del satélite Vanguard (en un principio para uso exclusivamente militar) puso en funcionamiento un sistema de localización por satélite conocido por las siglas en inglés GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamiento Global).
En sus inicios el propio Departamento de Defensa programó errores de cálculo codificados en las transmisiones de los satélites GPS para limitarlo solamente a la actividad militar que sí contaba con decodificadores para interpretar correctamente las señales, pero a partir de mayo de 2000 esta práctica quedó cancelada y hoy en día el sistema GPS se utiliza ampliamente en muchas actividades de la vida civil, aunque no está exento de ser reprogramado de nuevo en caso de cualquier conflicto bélico.
EL GPS
El sistema universal de determinación de la situación (GPS) es un sistema espacial de determinación de la situación, la velocidad y la hora, que consta de tres segmentos principales: espacial, de control y de usuario.
El segmento espacial del GPS estará normalmente compuesto por 24 satélites distribuidos en seis órbitas. Los satélites funcionan en órbitas circulares de 20200 kilómetros con un ángulo de inclinación de 55° y un periodo de 12 horas. La separación de los satélites en órbita estará dispuesta de modo que haya como mínimo cuatro satélites visibles por los usuarios de todo el mundo, con una dilución de precisión de la situación (DPS) =<6.>
Fundamentos
El segmento espacial del GPS estará normalmente compuesto por 24 satélites distribuidos en seis órbitas. Los satélites funcionan en órbitas circulares de 20200 kilómetros con un ángulo de inclinación de 55° y un periodo de 12 horas. La separación de los satélites en órbita estará dispuesta de modo que haya como mínimo cuatro satélites visibles por los usuarios de todo el mundo, con una dilución de precisión de la situación (DPS) =<6.>
CONTROL TERRESTRE DE LOS SATÉLITES
El monitoreo y control de los satélites que conforman el sistema GPS se ejerce desde 5 estaciones terrenas que observan y mantienen los satélites en su orbita y se encuentran repartidos en el mundo, estas rastrean su trayectoria orbital e introducen las correcciones necesarias a las señales de radio que transmiten hacia la Tierra. Esas correcciones benefician la exactitud del funcionamiento del sistema, como por ejemplo las que corrigen las distorsiones que provoca la ionosfera en la recepción de las señales y los ligeros cambios que introducen en las órbitas la atracción de la luna y el sol.
TIPOS DE RECEPTORES GPS
Los receptores GPS detectan, decodifican y procesan las señales que reciben de los satélites para determinar el punto donde se encuentran situados y son de dos tipos: portátiles y fijos. Los portátiles pueden ser tan pequeños como algunos teléfonos celulares o móviles. Los fijos son los que se instalan en automóviles o coches, embarcaciones, aviones, trenes, submarinos o cualquier otro tipo de vehículo.
COMO FUNCIONA EL GPS
La red del sistema está compuesta por 24 satélites los cuales giran alrededor de la tierra, estos transmiten señales a la tierra que son recibidas por receptores GPS para determinar la localización de quien lo porte. Los GPS mediante complicados algoritmos y cálculos dan una localización extremamente precisa, normalmente a menos de 10 metros de la posición actual, sin interesar en que parte del globo terráqueo se encuentre el usuario.
El funcionamiento del GPS se puede ejemplificar de la siguiente manera: cada satélite transmite un mensaje que esencialmente dice: "Soy el satélite #X, mi posición actual es Y, y este mensaje es enviado a la hora Z".
Una vez que el receptor de GPS recibe el mensaje, para determinar su actual posición el aparato compara la hora en que el mensaje fue enviado con la hora en que fue recibido. La diferencia de tiempo le dice al receptor GPS cuan lejos se encuentras de ese satélite en particular. Si se añaden las mediciones de distancias que efectuó con otros satélites, se puede entonces triangular la posición del receptor. Esto es exactamente lo que el GPS hace. Con un mínimo de 3 satélites, el aparato podrá calcular la longitud y latitud de su posición, a esto se le llama "2D position fix". Con cuatro satélites como mínimo, el GPS podrá determinar una posición en 3D, la que incluye, latitud, longitud y altitud. Con una continua actualización de la posición el GPS también podrá determinar la velocidad y dirección en la que se está yendo.
El funcionamiento del GPS se puede ejemplificar de la siguiente manera: cada satélite transmite un mensaje que esencialmente dice: "Soy el satélite #X, mi posición actual es Y, y este mensaje es enviado a la hora Z".
Una vez que el receptor de GPS recibe el mensaje, para determinar su actual posición el aparato compara la hora en que el mensaje fue enviado con la hora en que fue recibido. La diferencia de tiempo le dice al receptor GPS cuan lejos se encuentras de ese satélite en particular. Si se añaden las mediciones de distancias que efectuó con otros satélites, se puede entonces triangular la posición del receptor. Esto es exactamente lo que el GPS hace. Con un mínimo de 3 satélites, el aparato podrá calcular la longitud y latitud de su posición, a esto se le llama "2D position fix". Con cuatro satélites como mínimo, el GPS podrá determinar una posición en 3D, la que incluye, latitud, longitud y altitud. Con una continua actualización de la posición el GPS también podrá determinar la velocidad y dirección en la que se está yendo.
PRINCIPIO DE LA TRILATERACIÓN
Para ubicar la posición exacta donde nos encontramos situados, el receptor GPS tiene que localizar por lo menos 3 satélites que le sirvan de puntos de referencia. En realidad eso no constituye ningún problema porque normalmente siempre hay 8 satélites dentro del “campo visual” de cualquier receptor GPS. Para determinar el lugar exacto de la órbita donde deben encontrarse los satélites en un momento dado, el receptor tiene en su memoria un almanaque electrónico que contiene esos datos.
Fundamentos
TRILATERACIÓN
Para comprender cómo funciona el sistema de satélites para GPS, es de suma importancia comprender el concepto de trilateración. Veamos un ejemplo sobre cómo funciona la trilateración.
Digamos que usted está en algún lugar en los Estados Unidos y que usted está TOTALMENTE perdido, no tiene ninguna idea sobre dónde está. Usted se encuentra con una persona amigable a la cual pregunta, "¿Dónde estoy?" y la persona le dice, "usted está a 625 millas de Boise, Idaho." Esta información no es de mucha ayuda para usted. Usted podría estar en cualquier punto de un círculo imaginario alrededor de Boise que tenga un radio de 625 millas, como esto:
Usted sabe que está a 625 millas de Boise, usted podría estar en cualquier punto del círculo. como se muestra en la figura 1 supra .
Usted decide preguntarle a otra persona, y le responden, "Usted está a 690 millas de Minneápolis, Minnesota". Esto es de mayor ayuda -- si combina está información con la información de Boise, usted tiene dos círculos que se intersectan. Ahora usted sabe que está en uno de dos posibles puntos, pero usted no sabe en cuál de los dos, como esto:
Si usted sabe que está a 625 milla de Boise y a 690 millas de Minneápolis, entonces usted sabe que está entre dos posibles puntos interceptados,como se muestra en la figura 2 al comienzo.
Si una tercera persona le dice que usted está a 615 millas de Tucson, Arizona, usted puede determinar en cuál de los puntos usted está:
Con tres puntos conocidos, usted puede determinar que su posición exacta es en algún lugar cerca de Denver, Colorado. Con los tres puntos conocidos, usted puede ver que está cerca de Denver, Colorado, como se en la figura 3 y 4.
Digamos que usted está en algún lugar en los Estados Unidos y que usted está TOTALMENTE perdido, no tiene ninguna idea sobre dónde está. Usted se encuentra con una persona amigable a la cual pregunta, "¿Dónde estoy?" y la persona le dice, "usted está a 625 millas de Boise, Idaho." Esta información no es de mucha ayuda para usted. Usted podría estar en cualquier punto de un círculo imaginario alrededor de Boise que tenga un radio de 625 millas, como esto:
Usted sabe que está a 625 millas de Boise, usted podría estar en cualquier punto del círculo. como se muestra en la figura 1 supra .
Usted decide preguntarle a otra persona, y le responden, "Usted está a 690 millas de Minneápolis, Minnesota". Esto es de mayor ayuda -- si combina está información con la información de Boise, usted tiene dos círculos que se intersectan. Ahora usted sabe que está en uno de dos posibles puntos, pero usted no sabe en cuál de los dos, como esto:
Si usted sabe que está a 625 milla de Boise y a 690 millas de Minneápolis, entonces usted sabe que está entre dos posibles puntos interceptados,como se muestra en la figura 2 al comienzo.
Si una tercera persona le dice que usted está a 615 millas de Tucson, Arizona, usted puede determinar en cuál de los puntos usted está:
Con tres puntos conocidos, usted puede determinar que su posición exacta es en algún lugar cerca de Denver, Colorado. Con los tres puntos conocidos, usted puede ver que está cerca de Denver, Colorado, como se en la figura 3 y 4.
EQUIPO RECEPTOR DEL GPS
Según Resolución A.819 (19).
2.1 La expresión "equipo receptor del GPS", utilizada en las presentes normas de funcionamiento, abarca todos los elementos y unidades necesarios para que el sistema pueda desempeñar adecuadamente las funciones previstas. El equipo incluirá como mínimo los siguientes elementos:
.1 antena capaz de recibir señales del GPS;
.2 receptor y procesador del GPS;
.3 medios de obtención de la latitud y longitud de la situación calculada;
.4 control de los datos e interfaz; y
.5 presentación visual de la situación y, si es necesario, otras formas de salida.
2.2 La antena estará proyectada de manera que se pueda instalar en un lugar del buque que garantice una clara visión de la constelación de satélites.
.1 antena capaz de recibir señales del GPS;
.2 receptor y procesador del GPS;
.3 medios de obtención de la latitud y longitud de la situación calculada;
.4 control de los datos e interfaz; y
.5 presentación visual de la situación y, si es necesario, otras formas de salida.
2.2 La antena estará proyectada de manera que se pueda instalar en un lugar del buque que garantice una clara visión de la constelación de satélites.
NORMAS DE FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO RECEPTOR DEL GPS
El equipo receptor del GPS:
1. podrá recibir y procesar las señales del Servicio normalizado de determinación de la situación (SNP) modificadas por disponibilidad selectiva (DS) y dar información sobre la situación en coordenadas de latitud y longitud del Sistema geodésico mundial (WGS) 84, en grados, minutos y milésimas de minuto, así como la hora en que se calculó con referencia al UTC. Se pueden prever medios para transformar la situación calculada con respecto al WGS 84 en datos compatibles con el dátum de la carta náutica utilizada. Cuando exista esta posibilidad, la pantalla indicará claramente que se está efectuando la conversión de coordenadas y el sistema de coordenadas en que se expresa la situación;
2. funcionará con la señal L1 y con el código A/C;
3. una salida como mínimo para transmitir información sobre la situación a otro equipo. La salida de información sobre la situación con respecto al WGS 84 se ajustará a lo indicado en la publicación CEI 1162;
4. tendrá una precisión estática tal que la situación de la antena se determine con un error inferior a 100 m (95%) con una dilución horizontal de la situación (DHS) =< dps ="<" dhs ="<" dps ="<">
1 El equipo dará una indicación si es probable que la precisión de la situación calculada no se ajuste a los requisitos de las presentes normas de funcionamiento.
2 El equipo receptor del GPS dará como mínimo:
.1 una indicación en menos de 5 s:
.1.1 si se ha excedido la DHS especificada; o
.1.2 si no se ha calculado una nueva situación durante más de 2 s.
En estas condiciones el equipo facilitará la última situación conocida y la hora de la última determinación válida hasta que se vuelva a reanudar el funcionamiento normal, con una indicación explícita del estado del equipo, de modo que no exista ninguna ambigüedad;
.2 un aviso si se produce una pérdida de la situación;
.3 una indicación de que se está utilizando el sistema GPS diferencial que notifique:
.3.1 la recepción de señales del GPSD; y
.3.2 si se están aplicando correcciones del GPSD a la situación indicada del buque.
1. podrá recibir y procesar las señales del Servicio normalizado de determinación de la situación (SNP) modificadas por disponibilidad selectiva (DS) y dar información sobre la situación en coordenadas de latitud y longitud del Sistema geodésico mundial (WGS) 84, en grados, minutos y milésimas de minuto, así como la hora en que se calculó con referencia al UTC. Se pueden prever medios para transformar la situación calculada con respecto al WGS 84 en datos compatibles con el dátum de la carta náutica utilizada. Cuando exista esta posibilidad, la pantalla indicará claramente que se está efectuando la conversión de coordenadas y el sistema de coordenadas en que se expresa la situación;
2. funcionará con la señal L1 y con el código A/C;
3. una salida como mínimo para transmitir información sobre la situación a otro equipo. La salida de información sobre la situación con respecto al WGS 84 se ajustará a lo indicado en la publicación CEI 1162;
4. tendrá una precisión estática tal que la situación de la antena se determine con un error inferior a 100 m (95%) con una dilución horizontal de la situación (DHS) =< dps ="<" dhs ="<" dps ="<">
PROTECCIÓN
Se tomarán precauciones para garantizar que no se produzcan daños permanentes debido a un cortocircuito o una puesta a masa accidental de la antena o de cualquiera de sus conexiones de entrada o salida, o de cualquiera de las entradas o salida del equipo receptor del GPS, durante 5 min.
AVISOS DE FALLO E INDICACIONES DEL ESTADO DEL SISTEMA
1 El equipo dará una indicación si es probable que la precisión de la situación calculada no se ajuste a los requisitos de las presentes normas de funcionamiento.
2 El equipo receptor del GPS dará como mínimo:
.1 una indicación en menos de 5 s:
.1.1 si se ha excedido la DHS especificada; o
.1.2 si no se ha calculado una nueva situación durante más de 2 s.
En estas condiciones el equipo facilitará la última situación conocida y la hora de la última determinación válida hasta que se vuelva a reanudar el funcionamiento normal, con una indicación explícita del estado del equipo, de modo que no exista ninguna ambigüedad;
.2 un aviso si se produce una pérdida de la situación;
.3 una indicación de que se está utilizando el sistema GPS diferencial que notifique:
.3.1 la recepción de señales del GPSD; y
.3.2 si se están aplicando correcciones del GPSD a la situación indicada del buque.
1 Comentario:
El GPS es el sistema de posicionamiento o determinación de la situación mas utilizado en el mundo tanto a nivel marítimo como terrestre y aeronáutico como bien lo explicaban en la presentación el GPS esta compuesto por 24 satélites distribuidos en seis orbitas. Estos transmiten señales a la tierra que son recibidas por receptores GPS para determinar la localización de quien lo porte. Pero de igual manera el equipo GPS posee una pequeña variación el la posición dad de aproximadamente de 10m la cual al acercarse a los polos puede incrementarse y perder un poco su fiabilidad
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