El GPS (Global Positioning System) es un sistema de posicionamiento global creado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos que suministra información sobre la posición y la velocidad 24 horas al día y con cobertura en todo el mundo.
La estimación de la posición de un objeto ha sido empleado en multitud de aplicaciones marítimas y aeronaúticas. El GPS, o Sistema de Posicionamiento Global, se encuadra dentro de los sistemas de posicionamiento mediante estaciones móviles, siendo las estaciones de transmisión diferentes satélites que orbitan alrededor de la Tierra.
En los últimos años, el GPS ha aumentado su popularidad al incluirse en multitud de sistemas como la automoción, la robótica o incluso en nuestros móviles. En el GPS podemos distinguir tres niveles diferentes: el segmento espacial, el de control y el de usuario
El primero está formado por una constelación de 24 satélites situados en 6 planos separados unos 60 grados. Su período orbital es de 12 horas y se encuentran a una altura de 20.000 km. Gracias a esta configuración, cualquier receptor situado en la superficie terrestre es capaz de observar de forma directa entre 6 y 12 satélites en todo momento. Cada satélite envía una señal única y que se conoce como Space Vehicle Number & Pseudorandom Code Number. Esta señal transporta información sobre el satélite, su posición, parámetros orbitales, etc.
Constelación GPS en conjunción con la rotación de la Tierra. El segmento de control está formado por una estación base situada en EE.UU (hay otra de reserva), cinco estaciones que supervisan los satélites a partir de la señal antes descrita y otras estaciones encargadas de enviar datos a los satélites.
Por último, el nivel de usuario es el formado por los receptores que reciben la señal de los satélites (receptor del coche, teléfono móvil, etc.) y que procesan las señales para poder estimar la posición y velocidad. En la siguiente entrega analizaremos cómo realizan esta operación y la problemática asociada.
Via | Robótica, Manipuladores y Robots Móviles. Anibal Ollero Baturone
Comentarios
¿PQ consume tanta batería el GPS del móvil si sólo es un receptor?
interesante
creo que la respuesta a esto es por la inmensa necesidad de calculo que ha de procesar el terminal con la masiva recepcion de informacion de la posicion de los satelites... imagino que en los siguientes post relativos al tema se explicara en detalle, pero en resumen, creo que la cuestion es que el terminal no recibe un "estas *aqui*, si no que recibe "señal de satelite #2 2 ms retrasada con respecto su ultima señal + señal de satelite #8 5 ms adelantada..." y el movil tiene que calcular entonces que se esta acercando hacia el satelite #8 y alejandose del #2... es un calculo bastante complejo, asi que requiere potencia de procesado, y a mas potencia de procesado, mas consumo...
que me corrija quien sepa mas del tema :)
yo diría que es más porque la señal GPS es muy débil ya que viene del espacio y encima puede venir con mucha atenuación debido a que no solemos estar en cielo abierto cuando usamos el sistema. debemos gestionar 3-4 señales a la vez para tener posicionamiento y además varias de reserva por si fallan las principales. al ser tan débiles hay que amplificarlas de forma limpia. aquí se produce el principal consumo.
en segundo término hay que procesar estos datos, como bien apuntas. además hay que pintar en pantalla una representación del mapa, las calles, calcular el destino, generar una voz orientativa, etc., todo esto con software.
"El segmento de control está formado por una estación base situada en EE.UU" Mier... ya me siento inseguro.
Por otra parte, esta genial este segmento ¿Sabías que...?
-- editado por última vez a las 19:14
El SPG actual es propiedad del gobierno de los Estados Unidos de América, específicamente del departamento de Defensa. Pero ha decidido hacerlo abierto al público general sin costo, cuyo puesto de control se encuentra en Base Aérea de Schriever (E.U.A). Por esto, varios otros países al verse dependientes de un sistema en el cual no tienen control, y del cual su propietario puede restringir sin ninguna explicación (especialmente para todos los artefactos bélicos que requieren posicionamiento global) varios otros países están desarrollando su propio sistema, como "Galileo" en la unión europea o "Beidou" en China. En conclusión, en el caso de un conflicto internacional E.U.A sería el único país con SPG.
La página oficial del SPG actual: http://www.gps.gov/spanish.php
Esperando con ansias la siguiente entrega.
hay un fallo en el primer párrafo, "suministra información sobre la posición y la velocidad".
en realidad el sistema proporciona información sobre posición y tiempo. este segundo es muy importante y la base del sistema, ya que sin él no podríamos calcular nuestra posición triangulando, porque a partir del tiempo de transmisión y propagación se conoce la distancia hasta los satélites. triangulando y con un poco de trigonometría se saca la posición en el globo (eso para la segunda entrada ;-) ).
la velocidad la calculan los receptores con software a partir de las últimas muestras de posición y por eso es una muy mala aproximación de ella, sobretodo después de cambios bruscos.con la señal GPS "solo sabemos donde estamos en la superficie terrestre" (y la altura con menos precisión). a partir de ahí, todo el resto es software y Internet (mapas, velocidad, radares, tráfico, rutas, etc.)
Hay una versión mejorada del GPS llamado DGPS (Differential GPS) y consiste en usar la señal GPS junto con una señal de radio normal.
Un gran problema del GPS es que si no eres miembro del ejército de EEUU tienes una precisión mediocre porque los datos que envían los satélites tienen errores (no por casualidad). Bien, pues si hay una torre de radio con coordenadas conocidas, y se calcula su posición según los datos de GPS se puede obtener la desviación respecto a la posición real. Esos datos se envían al dispositivo móvil, que calcula sus coordenadas según el GPS y corrige su posición según la desviación que le indica la torre de radio produciendo una precisión bestial en la medida.
El único problema es que hay que estar en el rango de una de esas estaciones de radio.
El problema de los receptores de GPS para gran público es que llevan un reloj del receptor de baja calidad. 1 microsegundo de error en el cálculo del tiempo equivale a un error de 300m.
Eso se soluciona con los DGPS (que no son para gran público).
Los DGPS utilizan una estación de referencia (o estación base) en la Tierra con posición conocida (por métodos clásicos), que recibe la posición que dan el sistema de satélites y puede calcular los errores producidos.
La estación trasmite la corrección de los errores a otros receptores móviles cercanos a él y de esta manera estos pueden corregir su posición.
interesante
A ver, como Ingeniero de Telecomunicación (no experto en GPS pero conocedor del sistema) voy a intentar resolver algunas dudas.
CONSUMO
El consumo elevado no creo que sea principalmente debido a que se tiene que amplificar la señal como alguien ha dicho. Tal y como se ha dicho, es por culpa del bestial procesado de señal (digital) que se tiene que hacer. Se implementa el código de lo que se llama un Filtro de Kalman, que básicamente resuelve el sistema de ecuaciones que da la posición de la antena (y por lo tanto del receptor). El sistema tiene tantas ecuaciones como satélites "fijados" (que no es lo mismo que "a la vista"). Para resolver un sistema de ecuaciones, se hace con métodos numéricos (un programa no sabe "aislar" incognitas como nosotros), lo cual supone una importante carga para el procesador. Además, en los aparatos GPS habituales la posición se calcula cada 0,25 segundos. El filtraje de Kalman permite además tener en cuenta los datos anteriores para calcular mejor la posición actual (lo que se conoce como algo parecido a "data smoothing" o algo así), lo cual es complejidad añadida al cálculo.
La señal recibida de los satélites es efectivamente muy débil, debido principalmente a la enorme distancia que hay. Pero el sistema GPS ha sido diseñado con esta restricción así que no es un problema. La sensibilidad de los receptores (capacidad de recibir señales muy débiles) es muy buena. Por esto no es lo mismo un satélite "a la vista" que un satélite "fijado". Para que sea fijado, su señal tiene que superar el umbral de sensibilidad del receptor y hacerlo sostenidamente en el tiempo.
INFORMACIÓN ENVIADA DESDE EL SEGMENTO ESPACIAL
Como bien se ha comentado, lo único que transmiten los satélites es una señal a una cierta frecuencia (si no recuerdo mal a unos 1,575 GHz) sobre la cual se modula a 50 bits por segundo una cierta información. Es importante señalar que todos los satélites emiten señal a la misma frecuencia (en realidad emiten en 2 frecuencias a la vez, eso lo comento luego). Lo que permite diferenciar uno de otro es el tipo de señal emitida, que es de tipo DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), en la cual se emite un código (1's y 0's) único para cada satélite.
Sobre estos 1's y 0's a 1,575 GHz se modula información como he dichoa 50 bps. Es lo que se llama "Almanaque" (desconozco porqué). Se trata de información sobre el tiempo GPS (muy importante), la posición orbital de cada uno de los 30 y algo satélites que hay en órbita y algunas otras cosas. Esta información es totalmente imprescindible para calcular la posición y es la razón por la cual se tarda en "fijar" la posición al encender un aparato GPS. Se tiene que esperar a haber recibido la suficiente información de almanaque para poder resolver el sistema de ecuaciones (y como se envia sólo a 50bps no llega muy rápido que digamos...).
PRECISIÓN DEL SISTEMA Y DGPS
El sistema GPS "civil" no es extremadamente preciso. Esto es debido a varias razones.
- Los satélites emiten en dos frecuencias pero sólo una es utilizable en los receptores civiles. La otra frecuencia se encripta con un código indescifrable (tarda unas 3 semanas en repetirse si no recuerdo mal). Si no tienes ese código no puedes utilizar la segunda frecuencia.
-Y porqué usar dos frecuencias ??? Por el "efecto ionosférico". No soy un experto en eso, pero básicamente las señales al atravesar la ionosfera sufren una perturbación que es aleatoria y depende del estado instantáneo de la ionosfera. Los estudios sobre eso han permitido saber que usando 2 frecuencias a la vez se puede suprimir el efecto ionosférico (no sé cómo exactamente). Con lo cual los receptores civiles son incapaces de suprimir el "efecto ionosférico" y eso añade imprecisión al sistema. Ésta imprecisión depende del momento del día, de la atmósfera, etc.
-Otro factor importante de imprecisión es el "efecto multicamino". Esto ocurre porque la señal GPS cuando llega a "tierra" no sólo llega a la antena GPS, también llega a todo su alrededor. Esto ocasiona que lleguen a la antena también infinidad de señales "rebotadas" en los objetos a su alrededor, con un cierto retraso. Esto ocasiona una cierta distorsión de la señal recibida por la cadena de recepción analógia del receptor que se traduce un pequeñísimos errores en el "tiempo de llegada" de la señal al receptor (no quiero extenderme mucho más en esto porqué sería infinito). Total, que ocasiona pequeños errores de posición. Este efecto no es suprimible, y sólo mejora cuando estamos en un entorno libre de edificios, montañas, coches, etc (por ejemplo, en el mar).
-El DGPS como bien han explicado es simplemente calcular el error de posicionamiento de un receptor del que conocemos exactamente su posición y usar esta información para corregir la posición en otro receptor. Es una técnica que sirve para mejorar el posicionamiento cuando no se dispone del servicio GPS "completo" (el que difruta el ejército de EEUU). Un problema de esta técnica es que evidentemente para poder hacer esto se tiene que hacer llegar de alguna forma la información de un receptor al otro y con retardo mínimo.
Uff, que rollo. Ya no digo nada más. Espero que mi explicación os parezca interesante y espero no haber dicho ninguna barbaridad (hace algunos años que no "toco" el tema GPS).
Hasta otra!!
¡Muchas gracias por comentarlo paso a paso! Lo de las dos frecuencias y el efecto ionosférico no lo sabía y está muy bien explicado.
Para todo el que sienta más curiosidad, en wikipedia hay un artículo bastante completo:
http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_signals
me lo he estado leyendo por encima y veo que desde que yo lo estudié hasta hoy en día, el sistema se ha mejorado implementando nuevas frecuencias y señales en los nuevos grupos de satélites. También veo que no he estado del todo preciso en mi explicación.... jeje.
Hasta otra!
Un error de 300m en GPS domesticos...? pues entonces tengo un GPS "pro" en mi movil.. Por que la ubicacion en tiempo real (ojo, que no digo la media), para quien tenga el Sygic "los dos puntitos" ;-) , es bastante acertada... como mucho un error de 50m (comprobado varias veces).
Si como decis algunos de vosotros, esta señal se encontrara "vetada" por parte de EUA (un poco conspiranoico, no...?), los GPS normales, directamente no servirian para nada si tuvieran un margen de error tan grande (que 300m son muchos metros...).
Un saludo a todos.
la señal GPS da una posición de bastante baja precisión (lo de 300m era para un microsegundo, que es mucho error, en realidad es menor el error), créenos. y lo el veto de los EUA no es ni una paranoia ni una conspiración, es así desde el inicio. al depender del Departamento de Defensa, tiene ese inconveniente.
la precisión que comentas con Sygic (por ejemplo), la aporta el algoritmo software. por ejemplo si vas en coche en una dirección, el software te colocará siempre en el carril que corresponda, es de lógica. a veces cuando llegas a un cruce, desvío o vas en una vía paralela a otra con la misma dirección se muestran estos errores ya que el algoritmo no sabe realmente donde colocarte. pruébalo.
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