El GPS (Global Positioning System) es un instrumento de posicionamiento sofisticado que utiliza la emisión de señales de radio codificadas por satélites situados en órbita alrededor de la Tierra. Tal sistema, que costó 10 mil millones de dólares, fue desarrollado y es controlado hoy por el Departamento de Defensa de Estados Unidos. El sistema GPS está provisto de 27 satélites (24 operativos y 3 adicionales, en caso de haber fallo en los otros) dispuestos a una distancia de 20.000 kilómetros de altitud que emiten ondas sonoras dos veces al día.
Cada satélite está equipado con relojes atómicos, difundiendo de manera precisa, además de la ubicación de cualquier objetivo en la superficie terrestre, la hora exacta de ese momento. Eso es muy útil para la comunidad científica, pues en algunos experimentos es extremadamente necesario un reloj altamente preciso, visto que incluso un microsegundo (0,000001 segundo) puede ser significativo en un contexto específico.
Para determinar la posición exacta de un objetivo, el GPS localiza cuatro o más satélites y determina la distancia entre cada uno de ellos con el punto a ser localizado, para así deducir la posición correcta e informar sobre la latitud, longitud y altitud de aquel punto.
El GPS es ampliamente utilizado en la aviación general y en navegación marítima. También es ampliamente utilizado por los forestales, geólogos, arqueólogos, cuerpo de bomberos, o cualquier persona que quiera conocer su ubicación exacta. Hoy en día, con bajo coste es posible comprar un GPS, además, el servicio es gratuito. El sistema también está cada vez más presente en automóviles.
Cómo funciona el GPS
Si te has perdido en una ciudad desconocida, sabes que la sensación no es de las mejores. Con la llegada de los aparatos GPS, viajar a ciudades, países o ir hacia determinados lugares dejó de ser un problema para convertirse en una forma de ocio.
Estos dispositivos están ganando cada vez más usuarios, independientemente de la zona en la que trabajan. Los taxistas y empresas de mensajería son quizás los que más se beneficiaron de la creación y popularización de GPS. El uso de los mapas de una ciudad permite llegar a cualquier dirección sin conocer los destinos indicados.
El funcionamiento de un dispositivo GPS es muy interesante para ser estudiado, y también complejo. La función del GPS es identificar la ubicación de un dispositivo llamado un receptor GPS.
Los receptores, a su vez, están diseñados para enviar una señal al satélite. Por lo tanto, haciendo algunos cálculos, el receptor GPS puede determinar su posición y, con la ayuda de algunos mapas de la ciudad indicar qué caminos se pueden seguir para llegar a la ubicación deseada.
Para que el GPS funcione correctamente, es necesario el uso de tres componentes, llamados: espacial, de control y receptor. El espacial se compone de veintisiete satélites en órbita. Veinticuatro de ellos son activos y tres sirven de reservan que entran en funcionamiento en caso de un fallo en uno de los principales satélites.
La disposición de estos satélites en órbita asegura que siempre hay al menos cuatro de ellos disponibles en cualquier lugar del planeta.
El segundo componente, de control, no es más que las estaciones de control por satélite. En total, hay cinco estaciones de todo el mundo. La función principal de las estaciones distribuidas por el mundo es actualizar la posición actual de los satélites y sincronizar el reloj atómico presente en cada uno de los satélites.
El último componente, pero no menos importante, es el receptor GPS, y este es el único de los tres que nosotros, los usuarios, debemos adquirir con el fin de utilizar esta maravilla de la tecnología. Un receptor GPS no es más que un dispositivo que muestra la posición, tiempo y otros recursos que pueden variar de un dispositivo a otro.
Los satélites, al igual que los receptores GPS, tienen un reloj interno, que marca la hora con una precisión de nanosegundos. Cuando se emite la señal, también se indica el horario en que la señal fue emitida del satélite.
Esta señal no es más que señales de radio, viajando a la velocidad de la luz (300.000 km por segundo en el vacío). Cronometrando cuánto tiempo esa señal tardó en llegar, el receptor consigue calcular su distancia respecto al satélite. Como la posición de los satélites se actualiza constantemente, es posible, por medio de esos cálculos, determinar su posición exacta.
Triangulación
Ahora que ya sabes cómo se calcula la distancia a un satélite, te será más fácil de entender cómo el satélite utilizará esta información para determinar tu ubicación con una buena precisión (error de 20 metros).
El sistema GPS utiliza la triangulación para determinar la localización de un receptor en la Tierra. Por ejemplo, cuando estás un poco perdido, y le pregunta a alguien “¿Dónde estoy?”. La respuesta de la persona puede ser como ‘Está a 10 kilómetros de la ciudad que indicas’. Por supuesto, puedes estar a 10 kilómetros en cualquier dirección de la ciudad. Entonces, es posible trazar un círculo para determinar la posible área en que se encuentra.
Lo mismo se puede hacer con otros puntos de referencia (en nuestro caso, eje Y + eje Z) y así hacer la triangulación de los puntos para determinar la posición exacta. El sistema GPS funciona de la misma manera. Este principio se denomina triangulación.
Se necesita un cuarto satélite para determinar la altitud. El principio del cálculo es el mismo, pero implica algunos números adicionales y varias fórmulas, ya que es un espacio tridimensional.
Sistemas alternativos
Después de mucho tiempo en órbita, es normal que los satélites comiencen a funcionar mal y se vuelvan obsoletos, tecnológicamente hablando. Este problema empieza a afectar a la operación de los satélites responsables de la señal GPS.
La basura espacial que orbita la Tierra también ha demostrado ser un enemigo del funcionamiento de los satélites. La colisión con la basura espacial es cada vez más frecuente. Para contrarrestar los futuros fallos de GPS existen varios proyectos para reemplazar los modelos anteriores, como el europeo Galileo o el ruso GLONASS (GNSS).
