HDG explica: Cómo funciona el GPS?

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

La última vez que utilizó el teléfono Google Maps identifica su ubicación exacta en un mapa, tiene parado nunca y se ha preguntado cómo funciona el GPS con tanta precisión?

El sistema de posicionamiento global (GPS) fue realmente lanzado por el Departamento de Defensa de EEUU en 1973 (conocido como NAVSTAR). En 1993, había 24 satélites GPS orbitando alrededor de la Tierra y emitiendo datos orbitales y de posición que los militares podían utilizar para fines de navegación y otros propósitos militares. Hoy, a partir de este escrito, hay 28.

En los años ochenta, los datos transmitidos desde los satélites GPS se abrieron al público, lo que abrió todo un mercado para la amplia gama de dispositivos de navegación GPS que tenemos actualmente.

A partir de la redacción de este artículo, Rusia, China, Europa y la India disponían de sistemas GPS activos. Japón está desarrollando su propio sistema GPS que estará operativo en 2023.

Cómo funciona el GPS?

Aunque la tecnología de satélite en la que se basa el GPS es muy avanzada, la forma en que funciona el sistema es impresionantemente sencilla.

Hay tres componentes para cualquier sistema de navegación GPS individual.

  • satélitesLos satélites GPS orbitan alrededor de la Tierra y transmiten su tiempo actual y su posición orbital a todos los receptores GPS de su lado del planeta.
  • Centro de mando: El centro de mando transmite datos orbitales, correcciones horarias y la posición orbital de otros satélites hasta los satélites en órbita.
  • receptor GPS: Un receptor GPS en la Tierra recibe tiempo orbital de tantos satélites al alcance y calcula su propia posición en la Tierra en función de las posiciones de al menos cuatro satélites 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 GPS (como el de su teléfono), un receptor GPS recibe las marcas horarias de los relojes sincronizados de cada uno de los satélites GPS.

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 que hay entre cada satélite.

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

Como cada satélite viaja en una órbita previsible sobre la tierra, el receptor puede utilizar un almanaque almacenado de la posición actual conocida de todos los satélites GPS para determinar donde, aproximadamente, se encuentran estos satélites actualmente sobre la tierra .

Con la posición conocida de cada satélite y la distancia medida entre estos satélites y su posición, su GPS puede calcular su ubicación aproximada determinante donde confluyen la intersección de estas tres esferas en la superficie de la Tierra.

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

Tres satélites proporcionan una ubicación aproximada y los receptores GPS requieren un cuarto señal de otro satélite GPS para determinar su altitud actual en la superficie terrestre mediante otro principio matemático conocido como trilateración.

Cómo funciona el sensor GPS del teléfono

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

El reloj del teléfono no es un reloj atómico, por lo que su tiempo no se sincroniza con los relojes atómicos de los satélites en órbita. Sin embargo, esto no importa a la hora de calcular la ubicación mediante señales de estos satélites.

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

Sin embargo, debido a la distancia del satélite y 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 el teléfono y cada uno de los satélites.

Así es como funciona este proceso GPS:

  • Los cuatro satélites transmiten la misma marca de tiempo exacta en el teléfono a las 17:12:14.
  • El teléfono recibe esta marca de tiempo a las 05:12:15 desde el satélite 1.
  • Recibe la marca de tiempo a las 05:12:16 del satélite 2.
  • Finalmente, a las 05:12:17, recibe la marca de tiempo del satélite 3.

Esto indica a su receptor GPS que la señal de radio tardó 1 segundo alcanzarlo 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.

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

Mediante una tabla de búsqueda de una base de datos de satélites GPS, el receptor GPS del teléfono conoce la ubicación actual aproximada sobre la tierra de los tres satélites, que proporciona coordenadas de longitud y latitud de los tres.

Con esta información, el teléfono puede calcular sus propias coordenadas de longitud y latitud en la Tierra.

Utilizando sus coordenadas conocidas, el receptor GPS puede utilizar la distancia medida entre él y un cuarto satélite para determinar 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 de mano que agotaban baterías AA. O instalarían unidades GPS a los coches, que funcionaban conectados a la batería del teléfono.

Esto se debe a que la comunicación por radio requiere más energía. La limitación de esto es que a menudo se deberá esperar unos minutos para que su receptor GPS «fijara» bastante satélites GPS para calcular su posición.

Los fabricantes de teléfonos inteligentes evitaron esta limitación de la batería combinando su tecnología existente de triangulación celular. Mucho antes de que los teléfonos estuvieran habilitados para el GPS, podrían utilizar señales provenientes de torres de teléfonos móviles para triangular su posición, utilizando el mismo tipo de tecnología de marca de tiempo y distancia de triangulación que con los satélites GPS.

Desgraciadamente, como las torres de los teléfonos móviles se encuentran al nivel del suelo, este cálculo de navegación es mucho menos preciso. Por lo tanto, el software GPS del teléfono inteligente utilizará primero la triangulación de la señal celular para determinar su posición aproximada y, a continuación, actualizará esta posición una vez que los datos GPS del satélite estén a punto.

Esto permite a los teléfonos inteligentes modernos reservar energía de la batería sólo utilizando datos GPS cuando se requieran estas actualizaciones de ubicación. Por ello es posible que a menudo ver la ubicación en Google Maps, de vez en cuando, saltan a una nueva ubicación cuando hay datos más precisos disponibles.

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