Qué es el GPS y otros sistemas de navegación por satélite

Qué es el GPS y otros sistemas de navegación por satélite

Roberto Adeva

Lo cierto es que en la época en la que vivimos, el término GPS es sin duda muy utilizado. Su uso en los smartphones ha hecho que mucha gente haya conocido este sistema de geolocalización en alguna de sus muchas utilidades. Sin embargo, la gran mayoría de personas desconocen qué es exactamente un GPS, cómo funciona básicamente y los distintos sistemas de posicionamiento que existen. Si quieres saber un poco más sobre ello, te lo mostramos a continuación.

El uso cotidiano del GPS para saber llegar a una dirección con el coche o caminando desde nuestro teléfono móvil, localizar un punto en concreto en un mapa o compartir nuestra ubicación con amigos a través de WhatsApp, ha hecho que nos resulte familiar. Sin embargo, pocos se han parado a pensar cómo es posible saber la ubicación exacta de una persona, coche u objeto de esta manera tan sencilla y cómo funciona el sistema de posicionamiento global.

Qué es GPS y cómo funciona

GPS son las siglas de Sistema de Posicionamiento Global o en inglés, Global Positioning System. Básicamente, se trata de un sistema de navegación basado en satélites (GNSS) y que fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos a principios de los años 70. Un sistema que nos permite saber la localización de cualquier persona, vehículo o cosa, la velocidad a la que se mueve y otros datos como su altura en cualquier momento y punto del globo terrestre.

El GPS funciona mediante una red de mínimo 24 satélites que se encuentran en órbita sobre nuestro planeta, aproximadamente a unos 20.000 km de altura, con órbitas distribuidas para que en todo momento haya al menos cuatro satélites visibles en cualquier punto de la Tierra.

GPS

Es decir, cuando queremos determinar la posición exacta de alguien o algo, el receptor que utilizamos debe localizar como mínimo cuatro de estos satélites de la red, de los cuales recibirá unas señales indicando la identificación y hora del reloj de cada uno de ellos y la información sobre la constelación. En base a estas señales, el receptor sincroniza su propio reloj con el tiempo del sistema GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo para calcular la distancia con el satélite. A continuación, teniendo en cuenta la velocidad de la señal y mediante el método de trilateración inversa, calcula su propia posición. Podríamos decir que el posicionamiento satelital funciona básicamente de esta manera, pero lo cierto es que se usan algoritmos muy complejos en dichos cálculos.

Podríamos decir por lo tanto que el GPS está formado por tres elementos, el usuario, el de control y el espacial. El espacial es el que se refiere a la constelación de satélites en la órbita terrestre, distribuidos en diferentes planos orbitales. El de control está formado por las estaciones de rastreo a lo largo del globo terráqueo y una estación principal, que se encargan de rastrear los satélites, actualizar sus posiciones, así como sincronizar sus relojes. Y por último, el elemento componente del usuario, que no es otra cosa que el que usa un receptor GPS para recibir y entender todas las señales GPS recibidas y transformarlas según la aplicación utilizada para que el usuario obtenga la información que espera y de la manera adecuada. En este último elemento, es donde entran en juego también las antenas y el software de procesamiento del dispositivo utilizado como receptor.

Aplicaciones y usos del GPS

Aunque el origen de la navegación por satélite fue militar, lo cierto es que con el paso del tiempo se ha ido extendiendo sus aplicaciones y usos muy diferentes. Al principio su uso era profesional, sin embargo, desde hace más de 20 años, el sistema GPS es utilizado en numerosas actividades y dispositivos de nuestra vida cotidiana.

  • Uso militar: El GPS nació como una herramienta de uso militar con la idea de desarrollar un sistema que fuese capaz de proporcionar la situación exacta o velocidad de un objeto o persona y que posteriormente fue utilizado para otros fines como el desarrollo de sistemas de radio navegación o lanzamiento de armas a una determinada situación geográfica, entre otras.
  • Navegación terrestre, marítima y aérea: Algunas de estas herramientas terminaron también siendo utilizadas por civiles y militares en todo tipo de medios, como la navegación terrestre, marítima y aérea.
  • Localización de personas, animales y cosas: Sin duda, es una gran utilidad en la localización de personas, animales, vehículos u otro tipo de objetos con fines muy distintos, actividades de rescate, investigación, etc.
  • Seguridad pública y privada: En este ámbito el GPS también tiene múltiples aplicaciones como herramienta de seguridad personal, medidas antirrobo o su integración en alarmas, etc.
  • Cartografía e ingeniería: Ni que decir tiene que es utilizado también para obtener datos precisos y fiables de cualquier punto del globo terrestre, detección de movimientos sísmicos localizados con gran exactitud, así como para realizar mediciones o la monitorización en tiempo real de las deformaciones de grandes estructuras por sobrecargas, etc.
  • Dispositivos y teléfonos móviles: Es uno de los sistemas que no suele faltar en los teléfonos móviles de hoy en día y en los que podemos hacer uso del GPS con diferentes finalidades. Entre los principales, cabe destacar la posibilidad de localizar el dispositivo en caso de robo o pérdida, navegación por GPS cuando vamos en el coche, en bici, moto o andando, uso de aplicaciones que requieren esta funcionalidad o incluso juegos.
  • Deporte: Otro de los usos más extendidos hoy en día es en los dispositivos para realizar deporte. Permiten conocer y controlar la progresión de nuestros entrenamientos y rendimiento con gran precisión. Gracias al GPS es posible saber el ritmo de carrera que llevamos, la distancia recorrido el desnivel de nuestro recorrido, etc.

Otros sistemas de navegación por satélite

No hay duda de que el GPS es el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) más conocido y popular, sin embargo, existen otros sistemas de navegación por satélite, como son el GLONASS, GALILEO o BEIDOU.

GALILEO

Galileo es el sistema europeo de radionavegación y posicionamiento por satélite desarrollado por la Unión Europea en colaboración con la Agencia Espacial Europea, dotando a la UE de una tecnología independiente del GPS estadounidense. Un sistema de creación, gestión y uso civil que se puso en marcha en diciembre de 2016.

Cuenta con unos 30 satélites de órbita media situados a unos 23.000 kilómetros de altura conectados con una serie de sensores terrestres y centros de control situados en diferentes zonas de nuestro planeta. Tres de ellos provienen de la Agencia Espacial Española y seis de ellos son de repuesto.

GPS

La principal característica de Galileo es que se trata de un sistema de navegación por satélite con carácter civil. Por lo tanto, los servicios que ofrece en tiempo real pueden ser utilizados por cualquier usuario que disponga de un dispositivo compatible. Su doble frecuencia ofrece una mayor precisión en el posicionamiento en tiempo real, mejorando también el rendimiento del sistema en situaciones meteorológicas adversas. Mientras tanto, el servicio de búsqueda y rescate funciona a través de balizas SAR, similares a las que usan los barcos y aviones.

Recientemente, se hacía eco la noticia de que Galileo adquiría nuevas funciones con las que no cuentan otras redes, como es la posibilidad de enviar y recibir señales SOS. Es decir, permite recibir, transmitir y localizar señales de socorro y además, responder a estas señales mediante el envío de confirmación de que se ha recibido la ubicación y la petición de socorro correctamente.

Aunque lo cierto es que todavía no somos conscientes, son muchos los smartphones que podemos encontrar hoy en día en el mercado que incorporan el sistema Galileo. Muchos móviles y receptores en el sector de la agricultura ya son capaces de funcionar con el sistema de navegación por satélite europeo.

GLONASS

GLONASS es el sistema de navegación global por satélite creado por Rusia para localización geográfica sobre la superficie terrestre. Otra alternativa al sistema GPS creado por los Estados Unidos que utiliza o está formado por una constelación de 31 satélites, 24 en activo, 3 satélites de repuesto, 2 en mantenimiento, uno en servicio y otro en pruebas. Satélites situados en tres planos orbitales a una altitud de 19.100 kilómetros sobre la Tierra.

Aunque los satélites se comenzaron a poner en órbita en el año 1982, no comenzaron a ser funcionales hasta 1996, consiguiente la cobertura de todo el territorio de la antigua Unión Soviética a partir de 2007. A día de hoy, cubren todo el mundo, su utilización es de acceso libre y Rusia sigue trabajando en actualizar su constelación de satélites.

GPS

En lo que al funcionamiento se refiere, GLONASS requiere del uso de al menos tres satélites de la constelación para poder realizar una triangulación de señales y conocer exactamente la posición de una persona o cosa con gran exactitud. Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie terrestre, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.

Al obtener información de al menos dos satélites más, queda determinada una circunferencia que resulta de la intersección de las esferas en algún punto de la cual se encuentra el receptor. Ahora bien, si además necesitamos saber la altitud de dicho punto, entonces será necesario de un satélite más. Por lo tanto, se requiere el uso de al menos cuatro satélites para la navegación tridimensional con GLONASS.

BEIDOU

En esta ocasión, se trata del sistema de navegación por satélite chino. Está compuesto de dos constelaciones de satélites separadas y comenzó a funcionar en el país asiático a finales del año 2011 con una constelación parcial de 10 satélites en órbita. Posteriormente, se fueron lanzando más satélites hasta el punto de alcanzar los 35.

BEIDOU es por lo tanto un sistema alternativo de navegación por satélite global al Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos, el GLONASS ruso y el Galileo europeo. El funcionamiento del sistema chino depende en primera instancia de la estación de control central que es la que envía señales de consulta a los usuarios a través de dos satélites activos y la que devuelve una respuesta cuando los receptores reciben estas señales.

La estación de control central o maestra recibe las señales de respuesta enviadas por los receptores desde los satélites y calcula la posición 2D del usuario en función de la diferencia de tiempo entre las dos señales, que además es comparada con un mapa territorial digital almacenado en la base de datos del sistema para obtener la posición tridimensional.