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HISTORIA, CRONOLOGIA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIÓN DEL "GPS"
ATRAVES DE TRES DECADAS Ramiro Jesús Ayala Arizpe En este artículo se
analiza la historia, desarrollo, funcionamiento y aplicaciones del denominado
"GPS" cuyas siglas significan Global Positioning System. En español
conocido como Sistema de Posicionamiento Global. Este sistema surge en 1973 con
los problemas que experimentaron las tropas norteamericanas en el conflicto con
Vietnam. En esa época se utilizaba un sistema llamado LORAN y debido a sus
deficiencias, como las de cualquier frecuencia de radio, su buscó otra
alternativa. Estados Unidos desarrolló entonces lo que ahora es el sistema GPS,
pero sólo con cuatro satélites y lo llamaron Transit. Transit era de uso
limitado debido a la insuficiencia de satélites y fue hasta en 1990 cuando un
sistema con una mayor red satelital llamado NavStar quedó finalmente funcionado
al 100% con una red de 21 satélites.
También se explicará cómo funciona este sistema, cuáles son sus modalidades,
se hará una descripción de sus principales aplicaciones y de quienes son sus
usuarios. Sin olvidar las limitaciones, reglamentación, control y costo de este
moderno sistema de posicionamiento. Palabras Clave: GPS, LORAN,
TRANSIT, satélite, posicionamiento. 1.
Introducción El sistema de “GPS” nace en 1973 y queda
oficialmente declarado como funcional en 1995. Es un sistema que inicialmente se
desarrolló con enfoque de estrategia bélica pero a través de los años el
gobierno de Estados Unidos decidió permitir el uso al público en general con
ciertas limitaciones de exactitud. Es un sistema utilizado en la actualidad por muchos
otros sistemas e inclusive ya es una herramienta de trabajo, por ejemplo es
utilizado en aeronaves, para guiarse en el espacio, por los geólogos para la
medición de movimientos telúricos, por ingenieros y guardia civil para
monitoreo de monumentos o estructuras como puentes colgantes y evidentemente por
la fuerza militar y secreta de los Estados Unidos de América. En este ensayo podremos ver detalladamente varios
aspectos de este sistema inteligente y gratuito de posicionamiento global.
Analizaremos desde su nacimiento y evolución hasta sus últimas aplicaciones. La investigación abarcará los siguientes puntos: (a)
Historia (b)
Cronología (c)
Funcionamiento (d)
Aplicación Con la información contenida en este documento podremos decir que el
lector tendrá el conocimiento e
historia básicos acerca de este novedoso e innovador sistema de posicionamiento
global. Ing.
Ramiro Jesús Ayala Arizpe: Gerente Financiero de la Cadena de Suministro.
Solectron de México. ramiroayala@solectron.com 2.
Historia
y Cronología En los siguientes reglones estará descrita la historia
y cronología del sistema GPS desde sus predecesores hasta su etapa de
implementación total. 1920’s Orígenes de la
radionavegación. Principios de la II Guerra Mundial – LORAN, el primer sistema de
navegación basado en 1959 TRANSIT, el primer sistema operacional basado en satélites, fue desarrollado por Johns Hopkins (Laboratorio de Física Aplicada) bajo el Dr. Richard Kirschner. A pesar de que la intención de TRANSIT era dar soporte a la flotilla de la marina de Estados Unidos, las tecnologías empleadas para el sistema demostraron ser útiles para el sistema de posicionamiento global (GPS). El primer satélite fue lanzado en 1959. 1960 El
primer sistema de posicionamiento de tres dimensiones es sugerido por Raytheon
Corporation en necesidad de la fuerza aérea. 1963
La compañía aeroespacial lanzó un estudio en la utilización de un
sistema espacial para el sistema de navegación para los vehículos en
movimiento a gran velocidad y tres dimensiones; esto los llevó directamente al
concepto de GPS. El concepto involucraba medir los tiempos de llegada de las señales
de radio transmitidas por los satélites cuyas posiciones eran bien conocidas.
Esto proporcionaba la distancia al satélite cuya posición era conocida que a
la vez establecía la posición del usuario. 1963 La
fuerza aérea da apoyo a este estudio bautizándolo Sistema 621B. 1964 Timation, un sistema satelita, Naval es desarrollado por Roger Easton en los laboratorios de investigación Naval para el desarrollo de relojes de alta estabilidad, capacidad de transferencia de tiempo y navegación en dos dimensiones.} 1968 El departamento de defensa de los Estados Unidos establece un comité llamado NAVSEG (Navigation Satellite Executive Comité) para coordinar los esfuerzos de diversos grupos de navegación satelital. 1971 El sistema 621B es probado por la fuerza aérea dando resultados de una precisión de centésimas de milla. 1973 El secretario de la defensa decide que los diferentes sistemas de navegación que se estaban creando, se unificaran y crearon un solo y robusto sistema de navegación. 1974 Junio.
Rockwell international fue contratado como proveedor de los satélites GPS. 1974 Julio
14. El primer satélite de NAVSTAR fue lanzado 1978 El primer block de satélites fue lanzado. Un total de 11 satélites fueron lanzados entre 1978 y 1985. Un satélite fue perdido debido a una falla de lanzamiento. 1982 DoD
decide reducir la constelación de satélites de 24 a 18. 1983
Después de la caída de una Unión Soviética, el gobierno de Estados
Unidos informa que el sistema GPS podrá ser utilizado por las aeronaves civiles. 1988
El secretario de las Fuerzas Aéreas anuncia la expansión de la
constelación de GPS de 18 a 21 satélites y tres repuestos. 1989 El
primero del un block de 28 satélites es lanzado en Cabo Cañaveral, Florida 1990 Dod Activa SA – una degradación en la exactitud del Sistema de forma planeada. El sistema es probado en la guerra del Pérsico. 1991 El gobierno ofrece el sistema de GPS a la comunidad internacional sin costo durante los siguientes 10 años. 1993 El
gobierno declara el sistema formalmente funcionado con sus 24 satélites en
orbita. 1995
El gobierno de Estados Unidos, Bill Clinton se compromete mediante una
carta a la ICAO a proveer las señales
de GPS a la comunidad internacional 3.
Funcionamiento El
sistema GPS funciona en cinco pasos lógicos: Triangulación, Medición de
distancia, Tiempo, Posición y Corrección. Triangulación
Nuestra
posición se calcula en base a la medición de las distancias a los satélites
Matemáticamente se necesitan cuatro mediciones de distancia a los satélites
para determinar la posición exacta. En la práctica se resuelve nuestra posición
con solo tres mediciones si podemos descartar respuestas ridículas o utilizamos
ciertos trucos. Se requiere de todos modos una cuarta medición por razones técnicas
que luego veremos. Midiendo
la distancia La
distancia al satélite se determina midiendo el tiempo que tarda una señal de
radio, emitida por el mismo, en alcanzar nuestro receptor de GPS. Para efectuar
dicha medición asumimos que ambos, nuestro receptor GPS y el satélite, están
generando el mismo Código Pseudo Aleatorio en exactamente el mismo momento.
Comparando cuanto retardo existe entre la llegada del Código Pseudo Aleatorio
proveniente del satélite y la generación del código de nuestro receptor de
GPS, podemos determinar cuanto tiempo le llevó a dicha señal llegar hasta
nosotros. Multiplicamos dicho tiempo de viaje por la velocidad de la luz y
obtenemos la distancia al satélite. Obtener
un Timing Perfecto Un
timing muy preciso es clave para medir la distancia a los satélites. Los satélites
son exactos porque llevan un reloj atómico a bordo. Los relojes de los
receptores GPS no necesitan ser tan exactos porque la medición de un rango a un
satélite adicional permite corregir los errores de medición. Posicionamiento
de los Satélites Para
utilizar los satélites como puntos de referencia debemos conocer exactamente
donde están en cada momento. Los satélites de GPS se ubican a tal altura que
sus órbitas son muy predecibles. El Departamento de Defensa controla y mide
variaciones menores en sus órbitas. La información sobre errores es enviada a
los satélites para que estos a su vez retransmitan su posición corregida junto
con sus señales de timing. Corrección
de Errores La
ionosfera y la troposfera causan demoras en la señal de GPS que se traducen en
errores de posicionamiento. Algunos errores se pueden corregir mediante modelación
y correcciones matemáticas. La configuración de los satélites en el cielo
puede magnificar otros errores. El GPS Diferencial puede eliminar casi todos los
errores. Resumen
acerca del funcionamiento del GPS. a.
Triangulación. La base del GPS es la "triangulación" desde los satélites
b.
Distancias. Para "triangular", el receptor de GPS mide distancias
utilizando el tiempo de viaje de señales de radio. c. Tiempo. Para medir el tiempo de viaje de estas señales, el GPS necesita un control muy estricto del tiempo y lo logra con ciertos trucos. d.
Posición. Además de la distancia, el GPS necesita conocer exactamente donde se
encuentran los satélites en el espacio. Orbitas de mucha altura y cuidadoso
monitoreo, le permiten hacerlo. e. Corrección. Finalmente el GPS debe corregir cualquier demora en el tiempo de viaje de la señal que esta pueda sufrir mientras atraviesa la atmósfera.
4.
Aplicaciones del sistema GPS El GPS, sistema de localización global por satélites
surgió con fines bélicos. Algunos de los satélites que rodean la Tierra
pueden detectar con precisión la presencia de ejércitos o de armamento en
diferentes regiones del globo. De la misma manera como esos sistemas son capaces de
detectar movimientos con fines bélicos, también es posible utilizarlos para la
supervisión de movimientos naturales de la Tierra, el tránsito en una ciudad o
las oscilaciones de estructuras arquitectónicas como puentes colgantes y
estatuas. Ejemplos de su utilización La tecnología del sistema global por satélites (GPS por sus siglas en inglés) nos permite esos y muchos otros tipos de actividades relacionados con la vigilancia. Entre ellas podríamos citar la detección de la dilatación de magma de un volcán, la observación de los movimientos de un iceberg, determinar las finas vibraciones terrestres y, en fin, cualquier fenómeno natural o creado por el hombre que presente algún movimiento, por más imperceptible que parezca. La vigilancia se realiza por medio de receptores que
reciben una señal fija de un satélite. Cuando hay modificaciones,
inmediatamente se detecta la anomalía. De esta manera, el puente colgante más
largo del mundo, el Tsing Ma de Hong Kong, es estrechamente vigilado día y
noche. Las señales de estos receptores se concentran en una computadora central
la cual tiene la información general de los movimientos, esta siendo capaz de
advertí el riesgo en caso de que existiese.
Usos no militares Los datos generados por el GPS también pueden ser
utilizados para estudiar fenómenos que ocurren en otros mundos. Los
investigadores Andrew Johnston y James Zimbelman precisaron los flujos de lava
que suceden en Carrizozo, en el campo de prueba de misiles de White Sands, cerca
de Alamogordo y en McCartys, al sur de Grants, los cuales se extienden hasta 50
kilómetros. Asimismo, el GPS puede servir para comprender mejor los
cambios físicos que ocurren en nuestro planeta. Por ejemplo, los movimientos en
loas profundas aguas de los océanos, el monitoreo de el estatus de la actividad
volcánica en ciertas regiones. Algunos otros usos no militares es la detección de los
movimientos bajo la tierra también Los investigadores del Instituto de
Mediciones Geográficas de Japón han recogido una serie de datos con Geonet,
una red de más de mil sensores GPS que cubre las zonas rurales del país,
para con esto tratar de predecir el
comportamiento de las capas subterráneas y por ende predecir cuando un sismo
sucederá.
De esta y muchas formas más un sistema que surgió bajo necesidades bélicas
podrá ser utilizado para propósitos benéficos para la humanidad.
Es empleado en la navegación marítima, terrestre y aérea. Donde el
caso particular de la navegación aérea es en la actualidad muy dependiente de
estos sistemas para su funcionamiento. En el caso de los marítimos, antes las
embarcaciones empleaban el sistema TRANSIT. Se piensa que en poco tiempo toda la
navegación marítima se basará en GPS. Actualmente también se emplean
sistemas hiperbólicos, pero estos sistemas tienden a desaparecer. 5.
Conclusiones Cabe mencionar que este sistema de posicionamiento
global, a pesar de haber sido inventado hace ya casi tres décadas para algunos
resulta desconocido. Esto lo podemos atribuir a dos cosas, primero, que el
sistema empezó a funcionar de forma pública en 1990, hace casi trece años. En
segundo, el hecho de que en un comienzo era una tecnología publica pero no muy
accesible para todos, pues tener un GPS era algo costoso y con el paso del
tiempo ha cambiado. Es importante recalcar como un descubrimiento o creación
que surgió con fines bélicos, es también capaz de ser utilizado a favor del
bienestar de la población, mediante seguridad aérea, marítima y prontamente
terrestre entre otras. Este sistema ha subsistido como el único en su categoría
y es controlado por Estados Unidos. Pero en un futuro próximo quizá habrá
otra red semejante creada y coordinada por los países europeos. Este es un
proyecto que acaba de ser aprobado en meses pasados del año en curso, el
objetivo es acabar con el monopolio creando una red similar pero con mejoras
sustanciales. A pesar de los grandes logros de esta infraestructura
satelital, quizá no vivamos para apreciar los alcances de esta tecnología en
su pleno funcionamiento, la evolución tecnológica es tan impresionante que sería
difícil predecir las capacidades de este sistema en otras tres décadas. 6.
Referencias [1] Revista Siempre, Editorial Siempre, S.A. April 10, 2002 [2] Revista América Economía - Noticias Diarias, América Economía, March
27, 2002 [3] Publication: Notimex
– Internacional, Notimex, March 26, 2002 (10:08) [4] Publication: Red,
Editorial Red, S.A. de C.V., August
1, 2001 [5] Regional navigation
system using geosynchronous satellites and stratospheric airships. [6] Enhanced space
integrated GPS/INS (SIGI) [7] GPS: Location-tracking
technology [8] GPS positioning in a
multipath environment [9]
Wireless networks based on high-altitude platforms for the provision of
integrated navigation/communication services [10]Global Positioning
Sistems (GPS) www.crisp.nus.edu.sg/~acrs2001/pdf/058nugro.pdf [11]Global Positioning System (GPS) Program http://samadhi.jpl.nasa.gov/msl/Programs/gps.html [12]Global
Positioning Systems http://www.oreilly.com/reference/dictionary/terms/G/Global_Positioning_System.htm |