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El sistema de posicionamiento global, GPS.

Desde tiempos remotos el hombre se preocupó por orientarse correctamente durante sus incursiones por tierra o mar para llegar a su destino sin extraviarse y después regresar al punto de partida. Probablemente el método más antiguo y primitivo que utilizó para no perderse fue el de colocar piedras en el camino o hacer marcas en los árboles, de forma tal que le permitieran regresar después sobre sus pasos.

En los inicios de la navegación de largas travesías, los marinos seguían siempre la línea de la costa para no extraviarse en el mar. Los fenicios fueron los primeros navegantes que se alejaron de las costas adentrándose en el mar abierto con sus embarcaciones. Para no perder el rumbo en las travesías por el Mar Mediterráneo en los viajes que hacían entre Egipto y la isla de Creta se guiaban de día por el Sol y de noche por la Estrella Polar.

A partir del siglo XII se comenzó a utilizar la brújula o compás magnético para orientarse en las travesías por mar. Por otra parte, Cristóbal Colón empleó en 1492 un nuevo instrumento inventado en aquella época para ayuda a la navegación: el astrolabio en cual lo guió hacia el descubrimiento de América.

 Años después surgió el sextante, instrumento de navegación más preciso que el astrolabio, pero que durante mucho tiempo estuvo limitado a determinar solamente la latitud, una de las dos coordenadas necesarias para establecer un punto sobre la Tierra o en el mar.

La posibilidad de ubicar en el mar la posición exacta donde se encontraba navegando una embarcación surgió en 1761 con la invención del cronómetro náutico, que no es otra cosa que un reloj de extrema exactitud. Dada su precisión sirvió de complemento al sextante para, en conjunto, poder determinar también la otra coordenada que faltaba, la longitud. La latitud es la coordenada que permite la orientación hacia el hemisferio norte o el sur de la Tierra, mientras que la longitud permite la orientación hacia el este o el oeste.

El cronómetro se sincroniza para que muestre siempre la hora GMT (Greenwich Mean Time) u hora del Meridiano de Greenwich, independientemente de la "hora local" del punto de la Tierra donde se encuentre navegando el medio de transporte, ya sea un barco o un avión

El sextante y el cronómetro fueron durante dos siglos los únicos instrumentos de navegación con los que se podían determinar esas dos coordenadas sobre un punto cualquiera de la tierra o el mar, tomando como única referencia la hora y la posición del Sol durante el día y de la posición de las estrellas de noche.

En el siglo XX, durante la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron algunos sistemas electrónicos de navegación para conocer las coordenadas y situar la posición de los barcos y aviones que participaban en la contienda bélica. Esos sistemas funcionaban utilizando cierto tipo de receptores de radio instalados a bordo de las naves para captar las señales de radiofrecuencia que emitían determinadas estaciones terrestres. En aquella época dichos sistemas constituyeron un gran avance tecnológico para la navegación, hasta tal punto que incluso algunos de ellos se utilizan todavía. Posteriormente con los adelantos de la técnica y la ciencia, y el uso extensivo de los satélites en las últimas décadas del siglo XX, se llegó a la conclusión que la única forma posible de cubrir la mayor parte de la superficie terrestre con señales de radio que sirvieran de orientación para la navegación o para situar un punto en cualquier lugar que nos encontrásemos, era situando transmisores en el espacio que sustituyeran o a las estaciones terrestres. De esa forma se crearon las bases de lo que posteriormente sería el sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento global.

El sistema de posicionamiento global (GPS) es un sistema de radionavegación basado en satélites desarrollado y controlado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos de América que permite a cualquier usuario saber su localización, velocidad y altura, las 24 horas del día, bajo cualquier condición atmosférica y en cualquier punto del globo terrestre.

 

El GPS tiene tres componentes: el espacial, el de control y el de usuario.

El componente espacial está constituido por una constelación de 24 satélites en órbita terrestre aproximadamente a 20200 km, distribuidos en 6 planos orbitales. Estos planos están separados entre sí y tienen inclinaciones próximas a los 55 grados en relación al plano ecuatorial terrestre. Fue concebido de manera que existan como mínimo 4 satélites visibles por encima del horizonte en cualquier punto de la superficie y en cualquier altura.

El componente de control está constituido por 5 estaciones de rastreo distribuidas a lo largo del globo y una estación de control principal (MCS- Master Control Station). Este componente rastrea los satélites, actualiza sus posiciones orbitales y calibra y sincroniza sus relojes. Otra función importante es determinar las órbitas de cada satélite y prever su trayectoria durante las 24 horas siguientes. Esta información es enviada a cada satélite para después ser transmitida por este, informando al receptor local donde es posible encontrar el satélite.

El componente del usuario incluye todos aquellos que usan un receptor GPS para recibir y convertir la señal GPS en posición, velocidad y tiempo. Incluye además todos los elementos necesarios en este proceso, como las antenas y el software de procesamiento 

Hoy en día, para localizar un punto sobre la superficie de la Tierra en un mapa o carta náutica, es necesario conocer primero las coordenadas donde se encuentra ubicado ese punto, es decir, la latitud y la longitud. Las líneas de latitud o paralelos están formadas por círculos imaginarios de diferentes tamaños que parten de la línea del Ecuador y se expanden en dirección a los polos. La línea del Ecuador constituye el círculo de latitud de mayor diámetro de la Tierra y la divide en dos mitades: hemisferio Norte y hemisferio Sur. La línea del Ecuador se identifica en las cartas náuticas y los mapas como latitud “0” . Las líneas de longitud o meridianos están formadas por círculos imaginarios de diferentes tamaños que parten del meridiano 0, el cual pasa por el Real Observatorio Astronómico de Greenwich, cerca de la ciudad de Londres, en Inglaterra. Esa línea de longitud se conoce también por el nombre de meridiano de Greenwich a partir del cual se rigen los husos horarios que determinan la hora en todos los puntos de la Tierra. El meridiano de Greenwich divide la tierra en dos hemisferios, el Oriental (Este) y el Occidental (Oeste). Todo esto constituye el sistema de coordenadas sobre el cual se ubicarán todos los objetos sobre la tierra.

Tanto las líneas longitud como las de latitud, además de dividirse en grados de una circunferencia, se subdividen también en minutos y segundos. Por tanto podemos localizar un punto situado exactamente en las coordenadas 40º de latitud norte y 3º de longitud este y si nos desplazamos unos kilómetros, el punto de localización podría ser 38º 40´ 20´´ (38 grados, 40 minutos, 20 segundos) de latitud norte y 3º 30´ 59´´ (3 grados, 30 minutos, 59 segundos) de longitud este. Si la medida anterior se repitieran en el hemisferio opuesto, por ejemplo en los 40º de latitud sur y 3º de longitud oeste, ésta sería una ubicación completamente distinta y muy alejada de la primera.

Pero para poder decir donde está ubicado un objeto sobre la tierra hay que detectarlo. Si dos personas ven un objeto, cada una podría decir o estimar la distancia a la cual ese objeto se encuentra de cada uno de los observadores. Pero su posición exacta no puede ser determinada. Se necesita un tercer observador para poder determinar el punto exacto. El principio matemático de la triangulación permite establecer el punto sobre la Tierra sobre el cual estamos situados. Para ello será necesario conocer la distancia que nos separa de  tres puntos de ubicación conocida y trazar tres círculos, cuyos radios se corresponden con esas distancias.
 El funcionamiento del sistema GPS se basa también, al igual que los sistemas electrónicos antiguos de navegación, en el principio matemático de la triangulación. Por tanto, para calcular la posición de un punto será necesario que el receptor GPS determine con exactitud la distancia que lo separa de satélites.

Desde el mismo momento que el receptor GPS detecta una señal de radiofrecuencia transmitida por un satélite desde su órbita, se genera una esfera virtual o imaginaria que envuelve al satélite. El propio satélite actuará como centro de la esfera cuya superficie se extenderá hasta el punto o lugar donde se encuentre situada la antena del receptor; por tanto, el radio de la esfera será igual a la distancia que separa al satélite del receptor. A partir de ese instante el receptor GPS medirá las distancias que lo separan como mínimo de dos satélites más. Para ello tendrá que calcular el tiempo que demora cada señal en viajar desde los satélites hasta el punto donde éste se encuentra situado y realizar los correspondientes cálculos matemáticos.

Para medir el momento a partir del cual el satélite emite la señal y el receptor GPS la recibe, es necesario que tanto el reloj del satélite como el del receptor estén perfectamente sincronizados. El satélite utiliza un reloj atómico de cesio, extremadamente exacto, pero el receptor GPS posee uno normal de cuarzo, no tan preciso. Para sincronizar con exactitud el reloj del receptor GPS, el satélite emite cada cierto tiempo una señal digital o patrón de control junto con la señal de radiofrecuencia. Esa señal de control llega siempre al receptor GPS con más retraso que la señal normal de radiofrecuencia. El retraso entre ambas señales será igual al tiempo que demora la señal de radiofrecuencia en viajar del satélite al receptor GPS.

La distancia existente entre cada satélite y el receptor GPS la calcula el propio receptor realizando diferentes operaciones matemáticas. Para hacer este cálculo el receptor GPS multiplica el tiempo de retraso de la señal de control por el valor de la velocidad de la luz. Si la señal ha viajado en línea recta, sin que la haya afectado ninguna interferencia por el camino, el resultado matemático será la distancia exacta que separa al receptor del satélite.

 

 

La mayoría de los receptores GPS actuales tienen la posibilidad, como valor añadido, de guardar en memoria la información digitalizada de mapas, planos de calles de ciudades, red de carreteras y otras prestaciones que puede mostrar gráficamente en su pantalla con un alto nivel de detalle. Una vez que conocemos las coordenadas de nuestra posición es posible ampliar o reducir la escala de los mapas para podernos orientar mejor o seleccionar el camino más corto hasta nuestro destino. Ya no es necesario cargar con un montón de mapas a la hora de realizar un viaje, pues si el vehículo en que vamos a viajar lleva instalado un receptor GPS, se podrá seguir en su pantalla el trazado del recorrido que va siguiendo, la velocidad de desplazamiento y el tiempo que demora o demorará en trasladarse de un punto a otro. Ahora es imposible perderse.

Existen otros sistemas satelitales de posicionamiento. El sistema de satélites de navegación global GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) de administración rusa, tiene funciones similares a las del GPS, pero con marcadas diferencias en su forma de operar. Así mismo, La tercera alternativa de posicionamiento global es el sistema Galileo, controlado por la Unión Europea. Este sistema, actualmente en fase de desarrollo por la Agencia Espacial Europea, rinde honor con su nombre al famoso físico y astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642). 

No hay duda, estamos viviendo una época de revoluciones técnologicas que nos hacen la vida más fácil.

Referencias

Texto

http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2012/10/121018_tecnologia_mapas_digitales_cartografia_np.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_global

http://www.gutovnik.com/como_func_sist_gps.htm

http://www.informatica-hoy.com.ar/aprender-informatica/Que-es-el-GPS-y-como-funciona.php

http://www.asifunciona.com/electronica/af_gps/af_gps_12.htm

Imagen

http://latrola.net/blok/mapas-antiguos-35-imagenes

http://www.google.co.ve/imgres?imgurl=http://www.iar-conicet.gov.ar/divulgacion/activ-03/foto2.jpg&imgrefurl=http://www.iar-conicet.gov.ar/divulgacion/activ-03.htm&h=560&w=734&sz=83&tbnid=PlzVoblTz36c0M:&tbnh=90&tbnw=118&prev=/search%3Fq%3Dfotos%2Bde%2Bastrolabio%26tbm%3Disch%26tbo%3Du&zoom=1&q=fotos+de+astrolabio&usg=__QyIH62zTCNF_eCuE_LUtAPrNky8=&docid=Twk6dR1-qSHAIM&hl=es&sa=X&ei=ZAyIULHzJYjm9ATv4IHgDQ&ved=0CCcQ9QEwAw&dur=445

http://es.wikipedia.org/wiki/Sextante

http://www.informacion-general.com/que-es-un-gps-informacion/19/09/2009/

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