¿ Qué es un GPS ? componentes del sistema y su funcionamiento

¿ Qué es un GPS ?, si te has hecho esta pregunta, este tutorial es para ti. Un GPS es un sistema electrónico que permite ubicar su posición espacial en cualquier parte del mundo. Hace uso de la teoría de la relatividad de Einstein, relojes atómicos y una red de satélites dispersos en órbitas alrededor de la Tierra. Las siglas de GPS significan – Global Positioning System. Este acrónimo en español significa Sistema de Posicionamiento Global. El sistema consiste de tres elementos principales [1] :

  1. Los satélites que se encuentran en el espacio. Estando cada satélite en cualquiera de las 6 órbitas disponibles. Esto significa que al menos cada usuario puede tener a la vista hasta 4 o más de estos elementos.
  2. Sistema de control. Son una serie de estaciones de monitoreo (EM) que reciben la información de los satélites. Después esta información es recolectada y reenviada a un centro de control en Colorado Springs. Ellos son los encargados de mantener al sistema espacial con la información actualizada en caso de que contenga algún tipo de error.
  3. El usuario. Son los que hacen uso del sistema. Cada persona con un celular que incluya GPS, su vehículo o módulos independientes.

Qué es un GPS, en resumen de lo anterior, es un conjunto de tres elementos.

Que es un GPS elementos

Figura-3. Elementos de control en los elementos de la comunicación GPS [3].

Elementos del sistema GPS

El proceso de comunicación para el sistema GPS involucra 4 partes. Por lo que estás están indicadas en la Figura-1 y a continuación se explican:

  1. El satélite envía la siguiente información [4]:
    1. Su ID.
    2. Información orbital.
    3. La información de su reloj atómico.
  2. Las EM, esparcidas en partes del mundo, reciben esta información. Dicha información es reenviada a la Estación de Control Maestra (ECM) que se encuentra en Colorado Springs.
  3. La estación verifica la información y de encontrar algún error en está, reenvía la información a una antena.
  4. La antena se encarga de re-transmitir o subir esta información al satélite indicado para que esté actualice sus variables de calibración.

 

Componentes internos

Un GPS esta construido por un circuito integrado que incluye filtros digitales, un reloj de tiempo real, un procesador, memoria y un motor de GPS [2]. Por ejemplo, este ultimo se encarga de buscar las señales de los GPS y calcular la diferencia de tiempo entre los satélites encontrados. Finalmente en la Figura-2, se muestra un modelo en circuito integrado de un GPS NEO-6M.

Que es un GPS - Ejemplo1

Figura-2. Imagen GPS modelo NEO-6M de la marca uBlox.

El funcionamiento del sistema GPS

Te has preguntado como funciona el GPS, por ejemplo en los celulares. La función principal de los satélites que forman parte del sistema es medir el tiempo de forma muy precisa. Por ejemplo, la resolución de los relojes atómicos que se encuentran en dichos satélites es del orden de los cientos de nano-segundos. Entonces, como Einstain lo predijo, el tiempo es relativo y esta relacionado en parte a la gravedad. Por lo tanto los distintos cambios de gravedad en las órbitas satélites hacen que existan variaciones o errores en dichas mediciones. Estos errores forman parte del sistema y son Controlados por la ECM.

Para calcular la posición se requieren al menos tres satélites en su campo de vision del usuario. Esto es debido a que se requiere triangular la posición en el mundo con la distancia del usuario a cada uno de los tres satélites. Entonces, esta distancia es calculada midiendo el tiempo que le toma al satélite enviar la información al usuario. Posteriormente esta información de tiempo se multiplica por la velocidad de la luz. Recordemos, está velocidad ronda los 300 millones de metros por segundo. Al medir esta diferencia del tiempo de envió y el tiempo de recepción, el GPS del usuario puede calcular la distancia al satélite. Es por eso la necesidad de contar con al menos tres satélites en linea de vista.

Si se cuenta con más satélites la medición será más exacta.

Como funciona un GPS

Figura-3. Muestra la distancia de un usuario de GPS con cada uno de tres satélites del sistema GPS en linea de vista.

 

Aplicaciones del GPS

Los Rastreadores GPS son sistemas que incluyen: un GPS, batería o elemento de energía y un sistema de comunicación por GSM. La función principal del rastreador GPS es la de monitorear constantemente la posición de un vehículo, persona o animal.

Por ejemplo, son muy utilizados para monitorear la posiciones de los vehículos en caso de robo. Dado que incluye un GSM (Sistema de comunicación que usan los celulares), podemos enviarle un mensaje de texto o a través de alguna aplicación recibir la información de la posición del vehículo.

Un rastreador GPS incluye:

  • GPS.
  • Batería.
  • Chip de celular con GSM.

Rastreador GPS

 

Resumen

Qué es un gps, un gps es todo un sistema que permite ubicar la posición en cualquier parte del mundo. Entonces este sistema esta compuesto de muchos elementos como: satélites, EM y control, antenas y usuarios que hacen uso de este sistema. El gps se diseño para aplicaciones militares por el gobierno de los Estados Unidos de América. Finalmente cabe resaltar que algunos países como la India, China y Rusia también han diseñado su propia red de satélites y sistemas que funcionan de la misma forma que el GPS.

Autor:

Dr. Rubén E-Marmolejo.

Referencias:

[1] – Ashby, N., “Relativity in the Global Positioning System”, Living Rev. Relativity, 6, (2003), 1. [Online Article]: cited on <date>, http://www.livingreviews.org/Articles/Volume6/2003-1ashby/

[2] – Modulo NEO-6M

[3] – https://fortress.wa.gov/ecy/publications/publications/0006015.pdf

[4] – https://gis.stackexchange.com/questions/179/what-data-is-sent-from-gps-satellites-to-receivers

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