Imagínese que usted o
un individuo común que va al trabajo en una gran ciudad necesitan de una
trayectoria para ir de su casa al trabajo. Pero qué pasa si el camino que toma habitualmente
está con alguna contingencia...
También podemos citar
de ejemplo a un señor sentado en una herramienta agrícola con la que pasa un
disco o un arado en una extensión de tierra que apenas le permite divisar el horizonte
que separa el cielo de un campo llano y sin referencias. En otro caso. ¿Cómo
encontrarías el camino a casa si estuvieras navegando en una tormenta o si en
una zona portuaria de diques tuvieras que maniobrar en la niebla… (Hoy en día ya
no se usan silbatos o grandes faros)
Para todos estos
casos un pequeño aparato con una voz amiga pasó a ser tu guía, tu norte, tu
rector…
Entre los sistemas de
radionavegación más exactos y útiles se tiene.
• Decca (emisión en superficie
terrestre). • Omega (emisión en
superficie terrestre). • Loran (en
superficie terrestre). • Sistema de
posicionamiento global Navy Transit (emisión de sat. en órbita baja). • Sistema de posicionamiento global Navstar
(emis. de sat. en órbita intermedia).
Los sistemas de
posicionamiento global (GPS, de
global positioning system) Loran y Navstar son los dos de radionavegación
que más se usan hoy.
Empezamos con lo que
comúnmente se llama “gps de mano”: Algunas
características, Dimensiones “estándar”
de Ancho/Altura/Profundidad de la
carcasa 6,1x15,5x3,3 cm, pantallas de 4 a 6 cm, resoluciones de 160 x 240
píxeles (los píxeles son los diminutos puntos de color por cm2). Pantalla TFT de sus siglas en ingles TFT («transistor de películas
finas») es un tipo especial de transistor de efecto campo que se fabrica
depositando finas películas de un semiconductor activo así como una capa de
material dieléctrico y contactos metálicos sobre un sustrato de soporte. TFT
son las pantallas de cristal líquido
como la de una PC portátil.
También los hay de
LCD táctil o multitáctil: Consiste en una pantalla táctil o touchpad que
reconoce simultáneamente múltiples puntos de contacto, así como el software
asociado a esta que permite interpretar dichas interacciones simultáneas. (Por
ejemplo el touchpad de la computadora personal es táctil, lo que remplaza al
mouse, su tecnología es grafeno. El
Premio Nobel de Física de 2010 se otorgó a Andre Geim y a Konstantin Novoselov
por sus revolucionarios descubrimientos acerca del material bidimensional
grafeno. Lo dejamos para otro momento porque es un capítulo aparte).
Dejamos la parte
física del aparato para pasar a la parte del software o Interfaz TMC (Traffic Message Channel o Canal de
Mensajes de Tráfico), es un canal digital de información sobre el estado del
tráfico que se emite codificado dentro de la señal de un canal de radio y es
inaudible.
También hay aparatos
que alternan estas tecnologías y operan en todo el mundo sin necesidad de
cobertura de telefonía celular gracias a su módem de comunicación vía satélite
integrado. Como son los teléfonos
satelitales.
En el caso del GPS: El GPS funciona mediante una red
de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, con trayectorias
sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea
determinar la posición, el receptor de mano en este caso que se utiliza para
ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que
recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno
de ellos.
Con base en estas
señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan
en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite
mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual
se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de
medición.
Conocidas las
distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los
tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de
ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada
reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el
reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno
de los satélites.
Y todo eso se logra
en tiempo real. Recordemos que las ondas hercianas viajan a la velocidad de la
luz, en el caso de un pequeño retardo es debido principalmente a la trasmisión y
procesamientos de datos en los aparatos electrónicos más otras que
nombraremos...
La FM (Frecuencia
Modulada) de radiodifusión en la que escuchan música, noticas o siguen deportes
todos los días, tiene una banda entre 87 y 108 MHz.
Bandas de frecuencias utilizadas por los satélites. Bamda L (GPS)
1530-2700 Mhz, Banda Ku3 (Banda Telecom) 12.5-12.75 Ghz.-
Los satélites GPS
transmiten dos señales de radio de
bajo poder, designadas L1 (civil) y L2 (militar). Los GPS civiles usan la
frecuencia L1 de 1575.42 MHz en la banda UHF (Frecuencia Ultra Alta). Las
señales viajan a lo largo de la línea de visión, es decir, pasarán a través de
nubes, vidrio y plástico pero no atravesarán la mayoría de objetos sólidos,
tales como edificios y montañas.
La señal GPS contiene
tres bits diferentes de información - un código pseudo aleatorio, información
efímera e información del almanaque. El código pseudo aleatorio es simplemente
un código de identificación que identifica al satélite que está transmitiendo
la información. Usted puede ver este código en la página satelital de su unidad
GPS Garmin, mientras identifica de qué satélites está recibiendo información.
La información
efímera informa al receptor GPS la ubicación de cada satélite GPS en todo
momento a lo largo del día. Cada satélite transmite información efímera
mostrando la información orbital de ese satélite y de todos los otros satélites
en el sistema. La información calendario, que es transmitida constantemente por
cada satélite, contiene información importante sobre el estado del satélite
(saludable o no saludable), fecha y hora actuales. Esta parte de la señal es
esencial para determinar la posición.
Hay otros sistemas
como el GLONASS es un Sistema Global
de Navegación por Satélite (GNSS) desarrollado por la Unión Soviética siendo
hoy administrado por la Federación Rusa y que representa la contrapartida al
GPS estadounidense y al futuro Galileo Europeo,
este último sistema Europeo que entraran
en órbita más cerca de los polos donde el GPS pierde efectividad, se estima
para el 2014.
El GLONASS: Consta de una constelación de
24 satélites (21 en activo y 3 satélites de repuesto) situados en tres planos orbitales
con 8 satélites cada uno y siguiendo una órbita inclinada de 64,8°.
La constelación de
GLONASS se mueve en órbita alrededor de la tierra con una altitud de 19.100 km
(algo más bajo que el GPS) y tarda aproximadamente 11 horas con 15 minutos en
completar una órbita.
El sistema de navegación Beidou, de producción china, aspira a instalarse, antes del año
2020, en entre el 70% y el 80% del mercado interno del país, ahora dominado por
el GPS estadounidense.
Ya tenemos el GPS de
mano, la señal que emite y ahora vamos al satélite propiamente.
Un receptor satelital
debe estar conectado a la señal de por lo menos tres satélites para poder calcular
una posición 2D (latitud y longitud) y rastrear movimiento. Con cuatro o más
satélites a la vista, el receptor puede determinar la posición tridimensional
(3D) del usuario (latitud, longitud y altitud). Una vez que la posición del
usuario ha sido determinada, la unidad GPS puede calcular otra información (4D),
tal como velocidad, dirección, seguimiento, distancia de viaje, distancia a
destino, hora de salida, puesta de sol, y mucho más.
El satélite se mueve
a una altitud geoestacionaria (Se
mueve en un punto fijo acompañando a la rotación de la tierra) para simplificar
los requerimientos de rastreo, también se usan satélites de órbita terrestre
baja, unos 35.520 km sobre la tierra, ya que la distancia corta al satélite
produce señales más fuertes, (Todo lo contrario a un satélite “espía” o
militares como los que se usan en defensa, si bien los hay de todas las
altitudes, con estos hay una tendencia a protegerlos de los sistemas de defensa
misilísticos de tierra, hoy en día llegan a los 58.000 km de altitud o
distancia de la tierra).
Estos sistemas no están
exentos de errores: Los cuales pueden ser.
Con el DGPS se pueden
corregir en parte los errores debidos a:
Disponibilidad
selectiva (eliminada a partir del año 2000).
Propagación por la
ionosfera - troposfera.
Errores en la
posición del satélite (efemérides).
Errores producidos
por problemas en el reloj del satélite.
Podemos agregar. GPS
y la teoría de la relatividad. Los relojes en los satélites GPS requieren una
sincronización con los situados en tierra para lo que hay que tener en cuenta
la teoría general de la relatividad y la
teoría especial de la relatividad. Si no se tuviese en cuenta el efecto que
sobre el tiempo tiene la velocidad del satélite y su gravedad respecto a un
observador en tierra, se produciría un corrimiento de 38 microsegundos por día,
que a su vez provocarían errores de varios kilómetros en la determinación de la
posición. Significa que por la gran masa del Planeta Tierra, el tiempo de un
observador en tierra difiere de otro en un satélite. El tiempo corre más
lentamente en la superficie de la tierra respecto del satélite…
Para que las
correcciones DGPS sean válidas, el receptor tiene que estar relativamente cerca
de alguna estación DGPS (El DGPS es un mejorado del GPS con sistema mixto, el
software coopera o dialoga entre
satélite y estación en tierra); generalmente, a menos de 1000 km. Las
precisiones que manejan los receptores diferenciales son “centímetros”, por lo
que pueden ser utilizados en ingeniería.
El GPS, 95 % del
tiempo tienen un margen de error de menos 2,5 mts.
Segmento de control (estaciones terrestres) GPS
Estación principal: 1
Antena de tierra: 4
Estación monitora (de
seguimiento): 5, Colorado Springs, Hawai, Kwajalein, Isla de Ascensión e Isla
de Diego García.
Un satélite de comunicaciones ronda los U$S 300 Millones,
y un GPS de mano U$S 290 aproximadamente y menos...
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