Qué es...
J. Manuel Huidobro Es ingeniero Superior de Telecomunicación y Responsable de Marketing Estratégico en Ericsson Comunicaciones de Empresa. | 
F.J. Molinero García Ingeniero Técnico Superior de Telecomunicación por la ETSITM, actualmente es Director General de SENA GPS, S.A.
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Los sectores de las altas tecnologías han estado marcando el desarrollo de las naciones, en base a las aplicaciones que demanda la defensa nacional. Recientemente, tras el fin de la guerra fría, son las aplicaciones de protección civil, servicios civiles y protección del entorno, las que están tomando la iniciativa de apoyar con su demanda la aparición de nuevos productos de tecnología dual.
En este ámbito, el Departamento de Defensa (DoD) de los Estados Unidos desarrolló, durante las décadas de los años 70 y 80, un sistema de navegación que fuera lo suficientemente preciso y universal como para acabar con la diáspora de sistemas de navegación existentes en el mundo. Este sería el actual Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System).
Está basado en una constelación de 24 satélites, que transmiten permanentemente la información relativa al tiempo horario, órbitas, identificación, etc. La idea básica es una extrapolación del método usado por los primeros navegantes, donde se sustituyen las estrellas por satélites y el sextante por receptores de las señales emitidas por los satélites.
De este modo el usuario puede calcular por triangulación su posición y su velocidad de desplazamiento en las tres dimensiones, y como complemento puede conocer el tiempo con la misma precisión que los satélites.
El sistema tiene una cobertura mundial de 24 horas al día, sin verse afectado por las condiciones meteorológicas. Está compuesto por tres segmentos diferenciados: Segmento Espacial, Segmento de Control Espacial y Segmento de Usuario. Los dos primeros están desarrollados, gestionados y controlados por el Departamento de Defensa de EEUU.
El SEGMENTO ESPACIAL está compuesto por los satélites operativos puestos en órbita. Los satélites GPS se llaman NAVSTAR (Navigation System with Time And Ranging). Reciben señales del segmento de control sobre la corrección de su posición y transmiten al segmento de usuario su indicativo así como el almanaque actualizado de la constelación y las efemérides de cada satélite.
Está constituido por seis planos orbitales, con 4 satélites cada uno, inclinados 55 grados respecto al plano ecuatorial, y a una altitud sobre la tierra de 10.900 NM (20.000 Km. aproximadamente), su período orbital es de 12 horas siderales, unos minutos menos de 12 horas terrestres, lo que hace que estén recorriendo permanentemente el cielo, asegurando así la cobertura mundial incluso con algunos satélites "apagados".
El SEGMENTO DE CONTROL monitoriza y sigue a los satélites NAVSTAR, sincroniza su operación, realiza cálculos de posición y transmite los datos orbitales y de tiempo a los satélites. Para realizar estas operaciones el segmento de control consta de cinco estaciones de seguimiento, una estación maestra y tres de descarga de datos.
Como la sincronización de los tiempos de los satélites es muy crítica la estación maestra está conectada a un reloj atómico, de esta forma los satélites pueden transmitir una descripción precisa de su posición celeste con respecto al tiempo GPS.
El SEGMENTO DE USUARIO lo compone el conjunto de receptores capaces de localizar los satélites, seguirlos en sus desplazamientos e identificar sus señales. Este sistema abre las puertas al desarrollo de múltiples aplicaciones en todos los sectores económicos. Todas las aplicaciones tienen algo en común, usan las señales para actualizar su posición con respecto a la superficie de la Tierra, o bien aprovechan la excelente precisión del reloj GPS como patrón temporal.
Partiendo de las señales de uso libre transmitidas, la precisión obtenida cubre un rango, pudiendo estimarse desde 100 metros, válida para cierto número de aplicaciones pero claramente insuficiente para cubrir las necesidades en entornos de seguridad ciudadana o de alto riesgo, donde no son admisibles errores superiores a 25 metros en campo abierto y a 3 metros en ciudad, hasta precisiones milimétricas necesarias para topografía y batimetría.
Para conseguir estas precisiones se han desarrollado diferentes técnicas, como el sistema GPS diferencial (DGPS) formado por un receptor colocado en una posición fija conocida (Estación de Referencia). El propósito del sistema DGPS es usar la Estación de Referencia para medir el error en las señales GPS y calcular las correcciones para evitar estos errores. Las correcciones son comunicadas en tiempo real a los receptores de los equipos móviles, donde son combinadas con las señales recibidas de los satélites, para mejorar la precisión de la posición.
El segmento de usuario puede estar formado por equipos de tierra, marinos, aéreo o espaciales, cualquiera que incorpore un receptor GPS y un procesador que pueda seguir la señal de uno o más satélites simultáneamente. Es necesario el seguimiento de al menos cuatro satélites para estimar la posición y velocidad en tres dimensiones, mientras que con tres satélites se obtiene una solución plana, en dos dimensiones.
El móvil calcula su velocidad, haciendo una medición Doppler de la desviación de la frecuencia de la portadora de la señal recibida de los satélites.
El gobierno Americano permite a los usuarios del GPS autorizados, un nivel de precisión conocido como PPS (Precise Positioning Service). Los usuarios no autorizados pueden utilizar el Standard Positioning Service (SPS) cuya precisión es mejor o peor que la de PPS dependiendo de tres factores: El primer factor es la disponibilidad selectiva SA (Selective Availability), por la que el gobierno Americano puede reducir la precisión de aquellos usuarios que no tengan acceso al PPS. El segundo factor es el diseño del receptor, tal como la elección de códigos, la frecuencia de portadora o el número de canales de recepción empleados. El tercer factor es si se emplean correcciones diferenciales o cualquier otra técnica de corrección.
Las áreas de operación donde la realidad tecnológica actual aporta soluciones concretas, se centran en
- Navegación y control de flotas de vehículos.
- Defensa.
Un sistema que permite conocer la posición autónomamente en cualquier parte del planeta, tiene como primera utilidad el poder efectuar mediciones topográficas con mayor facilidad para el usuario. Esto es así a pesar de la aparente mala precisión en la determinación de la posición, en base a efectuar una toma de datos estudiada y un cálculo posterior, que permite obtener precisiones milimétricas.
La principal ventaja del GPS topográfico es la falta de necesidad de tener visión directa de la estación base de forma que pueden efectuar mediciones en zonas complicadas sin tener que acceder a picos o zonas de visibilidad directa.
El objetivo primario de este sistema es sustituir a los sistemas de navegación que requieren mantenimientos costosos e instalaciones repartidas por todo el globo, por uno sólo que añade la ventaja de requerir receptores muy pequeños y económicos.
El GPS ha comenzado a desplazar a otros sistemas, siendo el LORAN C el primero que está quedando sin servicio por parte del DOD. El advenimiento de la constelación entera de satélites a finales de 1993, ha hecho que el DOD fuera abandonando las estaciones costeras de LORAN C repartidas por el mundo. En Europa, y dada la necesidad de su uso, ha sido la CE quien se ha hecho cargo de las estaciones abandonadas por EEUU, como en el caso de Escartit en Gerona.
El sector marino fue el primero en utilizarlo, debido a la excelente visibilidad del cielo que le ha permitido tener satélites a la vista incluso cuando no estaba completa la constelación, con la ventaja de necesitar una solución de la posición solo en dos dimensiones.
En las aplicaciones marinas el GPS ha encontrado una perfecta sinergia al mezclar la posición GPS en las pantallas gráficas del radar, sonar y profundímetro. Aunque no se encuentra homologada la cartografía digital, son muchos los usuarios que la utilizan, en unión con el GPS, para la navegación fuera de las zonas costeras.
El sector aéreo ha sido el siguiente beneficiado, disponiendo de auténticos ordenadores de vuelo incluidos en el receptor GPS, permitiendo tener planes de vuelo y "waypoints" en aparatos a muy bajo coste y, recientemente, introduciendo la cartografía simbólica embarcada.
El control de flotas de vehículos, es una extensión de la navegación que está teniendo una buena acogida. Para una buena gestión de una flota de vehículos, el conocimiento en tiempo real de la posición de cada uno de ellos aportará un mejor tiempo de respuesta en el servicio prestado y un ahorro de recursos.
Pero no siempre el control de la flota debe de hacerse en tiempo real. En la mayoría de las aplicaciones, es necesario un conocimiento grosero de la posición, y en una gran cantidad de los casos se requiere un tratamiento posterior para extraer la información primordial. En esta situación nos encontramos dos tipos de sistemas:
a) Control de flotas donde se requiere una localización y seguimiento en tiempo real, implicando una transmisión de datos entre los móviles y el centro de gestión, por medio de radio, trunking, INMARSAT C o GSM (como medio con más futuro utilizando datos cortos SMS).
b) Control de flotas, donde se requiere hacer un análisis posterior para comprobar eventos. En este caso no es necesaria una transmisión de datos, sino que los datos se graban en el propio receptor GPS o en una tarjeta PCMCIA, para extraerlos posteriormente y analizar su contenido.
Conviene no olvidar que el nacimiento del Sistema GPS se debió a la iniciativa del Departamento de Defensa americano y que en su Precise Positioning Service (PPS) dispone de un código "P" encriptado según "Y", protegido contra RF Jamming. El uso del GPS en entornos militares, hace que, para los usuarios autorizados por el DOD, tengan garantizadas las señales GPS con la misma precisión que en entornos "limpios", incluso con perturbaciones radioeléctricas. *