EL GPS

El GPS o sistema de  posicionamiento Global (Global Positioning System) es un sofisticado  sistema de  orientación y  navegación cuyo  funcionamiento  está basado en la recepción y  procesamiento de las informaciones emitidas por una constelación de  24 satélites  conocida como  NAVSTAR, ubicados en diferentes órbitas a unos 20.000 km por encima de la superficie terrestre.

 Cada satélite, da  dos vueltas diarias  al planeta, una  cada doce horas.  Las trayectorias y la velocidad orbital  han sido calculadas para que  formen una especie  de  red  alrededor  de la  tierra  (debe  haber  todo momento  cinco satélites a  la vista  en cualquier  zona), de  manera que  un receptor GPS a cualquier hora del día o de  la noche, en cualquier lugar, con  independencia de las condiciones meteorológicas, pueda  facilitar la posición que ocupa  al captar y procesar las señales emitidas por un mínimo de tres satélites. 

TRANSIT fué el primer sistema de navegación basado en satélites. Entrada en servicio en 1965. Este sistema  estaba constituido por una constelación de seis satélites en órbita polar baja, a una altura de 1074 Km. Tal configuración conseguía una cobertura mundial pero no constante. La posibilidad de posicionarse era intermitente, pudiéndose acceder a los satélites cada 1.5 h. El cálculo de la posición requería estar siguiendo al satélite durante quince minutos continuamente.

El error de TRANSIT estaba en torno a los 250 m. Su gran aplicación fue la navegación de submarinos y de barcos. 

Con la guerra fría, y a fin de dejar atrás los incipientes modelos rusos, se concibió un sistema formado por 24 satélites en órbita media, que diera cobertura global y continua. ROCKWELL  (California) se llevó uno de los contratos más importantes de su época, con el encargo de 28 satélites por 170.000.000.000 (ciento setenta mil millones) de pesetas de aquella época.

La iniciativa, financiación y explotación corrieron a cargo del Departamento de Defensa de los EE.UU. (DoD), el GPS se concibió como un sistema militar estratégico.

Poco a poco las aplicaciones civiles fueron ganado terreno a las militares, llegando finalmente a ceder el uso global y sin restricciones temporales, de esta forma se conseguía un retorno a la economía de los EE.UU. inimaginables unos años atrás. Además suponía un gran liderazgo tecnológico originando un vertiginoso mercado de aplicaciones. 

En sus comienzos  la cobertura no  era total pues  faltaban situar en  orbita varios satélites, además su elevado precio  los ponía fuera de alcance de  la mayoría  de  los  usuarios potenciales.  Actualmente  la  red  es  totalmente operativa, incluyendo  satélites de  reserva y  hay disponibles en el mercado receptores GPS a precio asequible.

La evolución es incesante y cada día son más pequeños y ligeros ofreciendo al mismo tiempo prestaciones superiores  y una mayor autonomía de funcionamiento operativo cuando son alimentados con pilas. 

Cada satélite procesa dos tipos de datos: las Efemérides que corresponden a su posición exacta en el espacio y el tiempo exacto en UTM (Universal Time Coordinated), y los datos del Almanaque, que son estos mismos datos pero en relación con los otros satélites de la red, así como también sus órbitas. 

Cada satélite de la constelación GPS emite continuamente dos códigos de datos diferentes  en  formato  digital.  Estos  datos son transmitidos por medio de señales de radio.

Uno de los códigos está reservado  para uso exclusivamente militar y no puede ser captado por  los receptores GPS  civiles. El otro  código es de uso civil. 

Los satélites transmiten continuamente su situación orbital y la hora exacta.

El tiempo transcurrido entre la emisión de los satélites y la recepción de la señal  por  parte  del  receptor  GPS, se convierte en distancia mediante una simple fórmula  aritmética (el  tiempo es  medido en nanosegundos). Al captar las señales de un mínimo de tres satélites, por triangulación el receptor GPS determina la posición que ocupa sobre  la superficie de la tierra mediante el valor  de  las  coordenadas  de  longitud y latitud (dos dimensiones). Dichas coordenadas pueden  venir expresadas en grados, minutos y/o segundos o en las unidades de medición utilizadas en otros sistemas geodésicos. La captación de cuatro o más satélites facilita,  además, la altura del receptor con respecto al nivel del mar (tres dimensiones).  Las  coordenadas  de  posición y  otras informaciones que puede facilitar el  receptor, se actualizan cada segundo  o cada dos segundos.

 Hoy en día el GPS supone un éxito para la administración y economía americana no interesando a nadie que se reduzca la inversión en el sistema, sino todo lo contrario. La política de la administración de EE.UU. es mantener coste 0 para el usuario el sistema GPS, potenciar sus aplicaciones civiles a la vez que se mantiene el carácter militar.
 Las aplicaciones disponibles se orientan a principalmente  a sistemas de navegación y aplicaciones cartográficas: topografía, cartografía, geodesia, sistema de información geográfica  (GIS), mercado de recreo (deportes de montaña, náutica, expediciones de todo tipo, etc.), patrones de tiempo y sistemas de sincronización, aplicaciones diferenciales que requieran mayor precisión además de las aplicaciones militares y espaciales.
 En cuanto al reparto del mercado los más importantes son la navegación marítima, la aérea y la terrestre.
 Con una flota de  46 millones embarcaciones en todo el mundo, de los que el 98% son de recreo, la navegación marítima supone un mercado nada despreciable. Recreo, pesqueros, mercantes, petroleros, dragados y plataformas petrolíferas son perfectos candidatos al uso del GPS. El volumen de venta de equipos GPS en está en torno a los 300 millones de dólares anuales.
 En cuanto a la navegación aérea con unos 300.000 aviones en todo el mundo. El equipamiento de GPS para navegación intercontinental o entre aeropuertos tiene una penetración anual del 5% (aproximadamente unas 15.000 unidades). Sin embargo en aproximación el GPS no tiene la suficiente integridad y precisión aunque la FAA esta financiando el proyecto WAAS (Wide Area Augmentation System) que refuerza el sistema GPS y será útil para aproximaciones de clase I (en EE.UU).
 Pero el auténtico mercado del GPS en el mundo es la navegación terrestre. Con 435 millones de turismos y 135 millones de camiones es el más amplio mercado potencial de las aplicaciones comerciales del GPS. De hecho el crecimiento de equipamiento de GPS mundial es en torno a los 2.000 millones de dólares anuales, lo que lleva a una penetración del 4% en el año 2001. Entre las aplicaciones con más desarrollo contamos con sistemas de navegación independiente, sistemas de seguimiento automático, control de flotas, administración de  servicios, etc. Solo en los EE.UU existen 25.000 autobuses equipados con GPS y en Japón hay ya un millón y medio de vehículos privados que cuentan con sistema GPS en su equipamiento.

Teniendo en cuenta que el Sistema GPS fue diseñado y desarrollado para aplicaciones militares, debemos señalar que los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, por lo que el Departamento de Defensa de los EEUU necesitaba tener una manera de limitar esa exactitud para prevenir que esta tecnología fuera usada de una manera no pacífica.

Para limitar su exactitud se incorporaron errores aleatorios a la señal, es decir, que los receptores civiles (no los militares) están sujetos a una degradación de la precisión, en función de las circunstancias geoestratégicas y geopolíticas del momento, que queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del DoD de los EEUU o SA (Selective Availability). De todo ello se deduce que, habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la posición de aprox. 15 m. que pueden aumentar hasta los 100 m. cuando el DoD lo estime oportuno.

Si la utilización que fuéramos a dar a nuestro receptor GPS requiriese más precisión aún, casi todas las firmas disponen de dispositivos opcionales DGPS (GPS Diferencial) que disminuyen el error hasta un margen de 1 a 3 metros. El DGPS consiste en instalar un receptor GPS en una situación conocida, de tal manera que este GPS dará errores de situación al compararlos con su exacta situación, y así poder determinar cual es el factor de error que está introduciendo cada satélite. Esta información se envía vía radio en una frecuencia determinada que puede ser captada por un receptor diferencial que la introducirá en nuestro GPS (preparado para DGPS) y éste calculará nuestra nueva posición teniendo en cuenta este factor de error.

Sin embargo en la actualidad el DGPS ha caído prácticamente en desuso debido a la exactitud con que funcionan los nuevos GPSs que limitan su error a unos 3 o 4 mts, por lo que comprar un GPS Diferencial podríamos tildarlo de anacronismo y de dinero tirado a la basura.

En síntesis, y para concluir, podemos decir que la más moderna tecnología pone a nuestra disposición un sistema para situarnos en la Tierra realmente sofisticado y enormemente útil si sabemos utilizarlo.

Actualmente estamos asistiendo a la popularización y difusión de este sistema para su uso portátil en actividades al aire libre, aunque de forma desapercibida, lo estamos utilizando continuamente, como por ejemplo para desplazarnos de un punto del Globo a otro con el avión o el barco.

Otra de las cuestiones más importantes a tener en cuenta es que, por otro lado, saber dónde nos encontramos, es algo que en muchas ocasiones nos puede ser realmente necesario cuando practicamos cualquier tipo de actividad al aire libre. ¿Quién no ha pasado un poco de temor cuando, practicando actividades a cualquier nivel, en una zona poco conocida, en un momento dado no sabe si está acercándose o alejándose del punto que buscaba?. En estas ocasiones consideramos que, disponer de un sistema que nos proporcione nuestra posición exacta, tiene un valor incalculable.

Y ya para finalizar, decir que, aunque hemos ya descrito todas las excelencias de estos aparatos, no dejan de ser dispositivos electrónicos que pueden fallar (por caída, agotamiento batería, etc...) por lo que siempre deberemos de acompañarlos con nuestros habituales compañeros de viaje: la brújula y el mapa.

 Antes de plantearnos la compra de un receptor GPS debemos de saber que es lo que básicamente puede hacer por nosotros independientemente de sus características físicas y sus prestaciones específicas:

Calcular nuestra posición actual, con lo que, podemos localizarla en un mapa.

Guiar o encaminarnos hacia un destino seleccionado (rutas).

Guardar nuestra posición actual en memoria para ayudarnos a volver a ella cada vez que lo deseemos.

• POSICIÓN: Indicar la posición del  GPS. Facilita la localización casi  exacta del receptor. Para ello el GPS tiene que haber captado las señales emitidas al menos por tres satélites.

• ALTURA: al captar  4 o m s  satélites el GPS  indica la altura sobre el nivel del mar. (sensible a Disponibilidad Selectiva)

• TIEMPO: el  GPS una  vez inicializado,  aunque no  reciba señales satelitales indica la hora y fecha, si recibe señales indica la hora exacta.

• PUNTO DE PASO o PUNTO DE REFERENCIA:  El waypoint es la posición de un  único lugar  sobre  la  superficie  de  la tierra expresada por sus coordenadas. Un waypoint  puede  ser un  punto  de inicio,  de  destino o  un  punto de  paso intermedio  en  una  ruta.  Todos  los GPS pueden almacenar en memoria varios Waypoints,  los  cuales  se pueden  borrar,  editar,  e identificar  mediante caracteres alfa numéricos. Algunos  GPS permiten  agrupar una  sucesión de  waypoints  representando  un recorrido, a esto se le llama RUTA. 

• DISTANCIA: introduciendo las coordenadas  de dos puntos, la función distancia del GPS  informa la  separación de  ambos y  el rumbo  en grados  que hay que seguir desde el marcado como inicio  al de destino. Lo mismo puede realizarse con dos waypoints.

•  NAVEGACION: Introduciendo un waypoint como  destino y otro como origen,  esta función facilitar  actualizando continuamente los siguientes datos:

• SET UP: La  función set up  se utiliza para  programar el GPS  y controlar la forma que ofrece la información, por  ej. si los datos queremos que aparezcan en millas o km, en pies o metros. etc. al igual que el sistema de coordenadas que pueden utilizar los sistema Lat/Lon, UTM, y los diferentes GRID.

• Datum  (map  datum)  representa  un sistema  geométrico  de  la  tierra.  La subfunción DATUM  permite seleccionar  entre los  dif. sistemas  en que están basados los mapas y cartas marinas.

• Norte de  Referencia: (North  Reference) Permite  elegir el  modelo de norte (magnético, indicado  por las  brújulas) o  verdadero (true) que el GPS tomar  para indicar las informaciones sobre rumbo actual y de contacto.

• Unidades de distancia: (Dist. units) Esta subfunción permite seleccionar las unidades de longitud de la información (km, millas y millas marinas)

• Unidades de elevación: (Elev. units) Esta permite elegir entre metro y pies.

• Hora: (Time)  Selecciona el  formato de  la hora,  se puede  elegir entre UT (universal time) y GMT. Algunos modelos también traen la hora local.