El GPS – Sistema de Posicionamiento Global
Escrito por blogElectronica en 1.TECNOLOGÍAS (teórico), gps¿Qué es el sistema GPS?
El sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global) utiliza una red de Satélites estadounidenses para triangular la posición, es decir, básicamente utiliza el desfase de las señales recibidas por cada satélite para calcular la posición.
Esta red de satélites está formada por 24 unidades (con 4 satélites de reserva) pertenecientes a las fuerzas armadas de los EEUU. En un principio el uso de estos satélites era exclusivamente militar, luego pasó a ser también de uso civil aunque inducían errores para que el uso civil no tuviese excesiva precisión, y, finalmente, hace pocos años se eliminaron estos errores inducidos. Los satélites orbitan a 20.200 Km de altura en seis planos orbitales con una rotación de 12 horas exactas. La red de satélites ha sido diseñada para que en cualquier punto del planeta, exceptuando los polos terrestres, estén visibles un mínimo de 4 satélites (normalmente entre 8 y 12).
Que 4 satélites sean visibles es indispensable para poder conocer la posición exacta de un objeto en sus tres dimensiones. Este mínimo de cuatro satélites deben además estar visibles con un ángulo de elevación superior a 15º.
Algunas definiciones importantes.
En breve voy a publicar una serie de artículos prácticos de cómo utilizar distintos módulos GPS en función de las necesidades. Es importante conocer algunas deficiones sobre GPS, pues ayudarán posteriormente a la comprensión sencilla de la parte práctica.
Almanaque
Es la información enviada periódicamente por los satélites de la constelación, informando sobre el estado de ellos mismos y el resto de satélites de la red. Es decir, su nivel de salud, etc, etc. Esta información suele variar aproximadamente cada 4 meses. La información del almanaque permite predecir la órbita y la posición de todos los satelites de forma aproximada. Cada satelite envía de forma individual los datos correspondientes al almanaque de todos los demás satelites.
Efemérides
Información enviada por los satélites, dando la posición precisa de los mismos. Esta información sí cambia frecuentemente, siendo actualizada por las estaciones de seguimiento de la Tierra. Los parámetros orbitales de los satélites se van actualizando a medida que su movimiento se ve alterado por la atracción del Sol y la Luna, la diferencia de gravedad entre distintas zonas de la corteza terrestre, viento solar, etc. Esta información de las efemérides normalmente cambia cada 4 horas. A diferencia del almanaque, en este caso cada satélite envía únicamente los datos de sus efemérides.
Arranque autónomo
Es la situación de arranque de un GPS que no tenga almacenado ni un almanaque, ni unas efemérides, por lo que debe descargar esta información de los satélites. Normalmente el tiempo a cielo abierto y despejado suele ser superior a los 90 segundos.
Cold start
Es la situación de arranque de un GPS con un almanaque válido almacenado, por lo que sólo tiene que descargar la información de los satélites. Los satélites envían la información de las efeméresis a una velocidad de 50bps por lo que el tiempo de adquisición suele ser de unos 45 segundos, en función del punto en el que se encuentre la transmisión de las tramas de información en el mometo del arranque del GPS.
Warm Start
Es la situación de arranque de un GPS con un almanaque y unas efeméresis válidas almacenadas. En este caso sólo se necesita obtener una referencia de tiempo y sincronización con la transmisión de los satélites. El tiempo de adquisición es de unos 7-15 segundos.
Hot Start
Es la situación de arranque de un GPS con un almanaque y unas efeméresis válidas almacenadas y una referencia de tiempo precisa. Esta situación suele darse en ciudades cuando “perdemos cobertura GPS” o cuando atravesamos un túnel con el coche. El tiempo de adquisición suele ser de entre 3 y 5 segundos.
MultiPath
Es una de las causas de errores de posicionamiento más importantes debido a las reflexiones sufridas por las señales de los satélites en edificios y otras estructuras de envergadura. El multiPath introduce dos problemas: atenuación selectiva (si se reciben varias señales simultaneamente), e incremento de la distancia medida al satélite (ya que en vez de tomar la distancia real, se toma la distancia a través del multitrayecto).
Funcionamiento básico.
Cuando se activa el GPS se carga la tabla de información del almanaque, y, teniendo en cuenta la hora del dispositivo, el GPS predicirá qué satélites van a estar visibles por él en ese preciso momento. Una vez ha predecido estos satélites tan solo esperará recibir información de las efeméresis de ellos. Si el almanaque no es válido deberá ser cargado y se tendrá que buscar uno a uno todos los satélites, muchos de ellos no estando visibles, lo cual llevará bastante tiempo.
Los datos de las efemérides no serán validos si el GPS se desplaza varios cientos de kilómetros desde la última posición en la que se encendió, o en el caso de que no contenga una hora exacta en el reloj interno. Además, en este caso puede que los datos del almanaque no sean tampoco válidos, porque las posiciones de los satélites se estiman teniendo en cuenta la última posición adquirida por el GPS. Si se cambia de hemisferio o de cara del planeta (en un viaje desde USA a Europa), puede ocurrir que ninguno de los satélites previstos por el almanaque estén ahí. En este caso, tras unos minutos en los que el GPS reintenta recibir información de los satélites sin éxito, el sistema inicia una búsqueda en el cielo (Search the sky).
Post relacionados:
- Sistema EGNOS operativo. Mi compañero Jesús Santos, gran experto en GPS y GSM,...
- Historia del Sistema Operativo Windows CE Vamos a hablar un poquito del sistema operativo Windows CE, un...
Entradas (RSS)
Muy interesante el artículo sobre los GPS. COnciso y breve. A ver si pones pronto el artículo práctico que dices que vas a poner. Gracias.
Aunque la idea parece bastante sencilla. aparecen unos cuantos problemas que hay resolver.
En algun lado he oido que el sistema que usan los gps no es triangulación, si no otro. A ver si lo encuentro.
Gracias pipistrelum,
buen link que complementa al artículo (recomiendo la lectura del link).
Respecto a la triangulación, el GPS sí utiliza triangulación para calcular la posición, los algoritmos serán de complejidad más o menos elevada en función del chipset del mismo, pero es triangulación al fin y al cabo.
Salu2.
ya encontre donde lo lei, estaba mirando alguna cosilla mas.
, pero la triangulacion se basa en angulos y la la trilateracion en distancias
Es una cuestion un poco tiquismiquis
No me acordaba cual era la diferencia
Estaba haciendo un trabajo sobre GPS y me sirvio parte de tu articulo Gracias :O)
¿El almanaque y la efemerides tienen una validez global? Es decir, ¿son iguales para todos los GPS independientemente de su situación en el mundo? Más claro todavía ¿puedo captarlos con un GPS situado en una punta del planeta y enviarlo a otro GPS en la otra punta del planeta por GSM para que obtenga antes la posición? Es que intento plantearme si hacer un sistema A-GPS o no. Un saludo. Gracias por este fantástico blog.
Después de consultar unas cuántas páginas en internet, veo que el Almanaque sólo sirve en la zona en la que se calculó, de forma que no se podría enviar a lugares muy lejanos. Había pensado usar un A-GPS debido a que tengo problemas para tomar las primeras posiciones al salir de mi aparcamiento y al reconstruir la ruta me aparece siempre una muy línea recta (incorrecta) desde mi parking hasta el lugar en el que toma la primera posición quizás 50 segundos después de salir, haciendo que al visualizar la ruta, parezca como un error. ¿Se puede hacer algo para tomar la primera posición más rapidamente al salir del parking? Nunca apago el GPS, es decir, mantengo sus datos almacenados, por lo que creo que los hot-warm starts no me son útiles, verdad? Alguna idea o este es un error propio de la tecnología GPS contra el que no se puede luchar?
Hola Gracias por compartir tus conocimientos… pues mmm.. he leido del GPS y nunca eh encontrado una pagina donde se diga que se tiene que pagar… esto es cierto?? comprando un modulo GPS como los que recomiendas ya tienen el servicio pagado por si solo o hay que pagar algun servicio extra?? y con que precision se puede saber una posicion?? saludos y gracias
Hola Alejandro,
evidentemente NO hay que pagar nada. Es de los pocos servicios gratuitos. No te confundas con los servicios que ofrecen algunas operadoras en los que te cobran alguna cuota por tenerte los mapas actualizados.
La señal GPS es gratuita.
Salu2.
agradesco tu respuesta… a ok. que bien
… entonces realmente operando los modulos que indicas solo hay que implementar un algoritmo lo suficientemente bueno sobre algun micro como un pic para obtener la poscion y supongo que de eso hablaras en tu blog… gracias estare al pendiente de tus actualizaciones.. gracias