ACCESORIOS MARINOS – EL GPS

EL SISTEMA GPS

El GPS o sistema de posicionamiento Global (Global Positioning System) es un sofisticado sistema de orientación y navegación cuyo funcionamiento está basado en la recepción y procesamiento de las informaciones emitidas por una constelación de 24 satélites conocida como NAVSTAR, ubicados en diferentes órbitas a unos 20.000 km por encima de la superficie terrestre.

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Cada satélite, da dos vueltas diarias al planeta, una cada doce horas. Las trayectorias y la velocidad orbital han sido calculadas para que formen una especie de red alrededor de la tierra (debe haber todo momento cinco satélites a la vista en cualquier zona), de manera que un receptor GPS a cualquier hora del día o de la noche, en cualquier lugar, con independencia de las condiciones meteorológicas, pueda facilitar la posición que ocupa al captar y procesar las señales emitidas por un mínimo de tres satélites.

HISTORIA DEL GPS

TRANSIT fué el primer sistema de navegación basado en satélites. Entrada en servicio en 1965. Este sistema estaba constituido por una constelación de seis satélites en órbita polar baja, a una altura de 1074 Km. Tal configuración conseguía una cobertura mundial pero no constante. La posibilidad de posicionarse era intermitente, pudiéndose acceder a los satélites cada 1.5 h. El cálculo de la posición requería estar siguiendo al satélite durante quince minutos continuamente.

El error de TRANSIT estaba en torno a los 250 m. Su gran aplicación fue la navegación de submarinos y de barcos.

Con la guerra fría, y a fin de dejar atrás los incipientes modelos rusos, se concibió un sistema formado por 24 satélites en órbita media, que diera cobertura global y continua. ROCKWELL (California) se llevó uno de los contratos más importantes de su época, con el encargo de 28 satélites por 170.000.000.000 (ciento setenta mil millones) de pesetas de aquella época.

La iniciativa, financiación y explotación corrieron a cargo del Departamento de Defensa de los EE.UU. (DoD), el GPS se concibió como un sistema militar estratégico.

Poco a poco las aplicaciones civiles fueron ganado terreno a las militares, llegando finalmente a ceder el uso global y sin restricciones temporales, de esta forma se conseguía un retorno a la economía de los EE.UU. inimaginables unos años atrás. Además suponía un gran liderazgo tecnológico originando un vertiginoso mercado de aplicaciones.

En sus comienzos la cobertura no era total pues faltaban situar en orbita varios satélites, además su elevado precio los ponía fuera de alcance de la mayoría de los usuarios potenciales. Actualmente la red es totalmente operativa, incluyendo satélites de reserva y hay disponibles en el mercado receptores GPS a precio asequible.

La evolución es incesante y cada día son más pequeños y ligeros ofreciendo al mismo tiempo prestaciones superiores y una mayor autonomía de funcionamiento operativo cuando son alimentados con pilas.

COMO FUNCIONA EL GPS

Cada satélite procesa dos tipos de datos: las Efemérides que corresponden a su posición exacta en el espacio y el tiempo exacto en UTM (Universal Time Coordinated), y los datos del Almanaque, que son estos mismos datos pero en relación con los otros satélites de la red, así como también sus órbitas.

Cada satélite de la constelación GPS emite continuamente dos códigos de datos diferentes en formato digital. Estos datos son transmitidos por medio de señales de radio.

Uno de los códigos está reservado para uso exclusivamente militar y no puede ser captado por los receptores GPS civiles. El otro código es de uso civil.

Los satélites transmiten continuamente su situación orbital y la hora exacta.

El tiempo transcurrido entre la emisión de los satélites y la recepción de la señal por parte del receptor GPS, se convierte en distancia mediante una simple fórmula aritmética (el tiempo es medido en nanosegundos). Al captar las señales de un mínimo de tres satélites, por triangulación el receptor GPS determina la posición que ocupa sobre la superficie de la tierra mediante el valor de las coordenadas de longitud y latitud (dos dimensiones). Dichas coordenadas pueden venir expresadas en grados, minutos y/o segundos o en las unidades de medición utilizadas en otros sistemas geodésicos. La captación de cuatro o más satélites facilita, además, la altura del receptor con respecto al nivel del mar (tres dimensiones). Las coordenadas de posición y otras informaciones que puede facilitar el receptor, se actualizan cada segundo o cada dos segundos.

El GPS HOY

Hoy en día el GPS supone un éxito para la administración y economía americana no interesando a nadie que se reduzca la inversión en el sistema, sino todo lo contrario. La política de la administración de EE.UU. es mantener coste 0 para el usuario el sistema GPS, potenciar sus aplicaciones civiles a la vez que se mantiene el carácter militar. gps72big
Las aplicaciones disponibles se orientan a principalmente a sistemas de navegación y aplicaciones cartográficas: topografía, cartografía, geodesia, sistema de información geográfica (GIS), mercado de recreo (deportes de montaña, náutica, expediciones de todo tipo, etc.), patrones de tiempo y sistemas de sincronización, aplicaciones diferenciales que requieran mayor precisión además de las aplicaciones militares y espaciales.
En cuanto al reparto del mercado los más importantes son la navegación marítima, la aérea y la terrestre.
Con una flota de 46 millones embarcaciones en todo el mundo, de los que el 98% son de recreo, la navegación marítima supone un mercado nada despreciable. Recreo, pesqueros, mercantes, petroleros, dragados y plataformas petrolíferas son perfectos candidatos al uso del GPS. El volumen de venta de equipos GPS en está en torno a los 300 millones de dólares anuales.
En cuanto a la navegación aérea con unos 300.000 aviones en todo el mundo. El equipamiento de GPS para navegación intercontinental o entre aeropuertos tiene una penetración anual del 5% (aproximadamente unas 15.000 unidades). Sin embargo en aproximación el GPS no tiene la suficiente integridad y precisión aunque la FAA esta financiando el proyecto WAAS (Wide Area Augmentation System) que refuerza el sistema GPS y será útil para aproximaciones de clase I (en EE.UU).
Pero el auténtico mercado del GPS en el mundo es la navegación terrestre. Con 435 millones de turismos y 135 millones de camiones es el más amplio mercado potencial de las aplicaciones comerciales del GPS. De hecho el crecimiento de equipamiento de GPS mundial es en torno a los 2.000 millones de dólares anuales, lo que lleva a una penetración del 4% en el año 2001. Entre las aplicaciones con más desarrollo contamos con sistemas de navegación independiente, sistemas de seguimiento automático, control de flotas, administración de servicios, etc. Solo en los EE.UU existen 25.000 autobuses equipados con GPS y en Japón hay ya un millón y medio de vehículos privados que cuentan con sistema GPS en su equipamiento.

FIABILIDAD Y EXACTITUD DE LOS DATOS

Teniendo en cuenta que el Sistema GPS fue diseñado y desarrollado para aplicaciones militares, debemos señalar que los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, por lo que el Departamento de Defensa de los EEUU necesitaba tener una manera de limitar esa exactitud para prevenir que esta tecnología fuera usada de una manera no pacífica.

Para limitar su exactitud se incorporaron errores aleatorios a la señal, es decir, que los receptores civiles (no los militares) están sujetos a una degradación de la precisión, en función de las circunstancias geoestratégicas y geopolíticas del momento, que queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del DoD de los EEUU o SA (Selective Availability). De todo ello se deduce que, habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la posición de aprox. 15 m. que pueden aumentar hasta los 100 m. cuando el DoD lo estime oportuno.

Si la utilización que fuéramos a dar a nuestro receptor GPS requiriese más precisión aún, casi todas las firmas disponen de dispositivos opcionales DGPS (GPS Diferencial) que disminuyen el error hasta un margen de 1 a 3 metros. El DGPS consiste en instalar un receptor GPS en una situación conocida, de tal manera que este GPS dará errores de situación al compararlos con su exacta situación, y así poder determinar cual es el factor de error que está introduciendo cada satélite. Esta información se envía vía radio en una frecuencia determinada que puede ser captada por un receptor diferencial que la introducirá en nuestro GPS (preparado para DGPS) y éste calculará nuestra nueva posición teniendo en cuenta este factor de error.

Sin embargo en la actualidad el DGPS ha caído prácticamente en desuso debido a la exactitud con que funcionan los nuevos GPSs que limitan su error a unos 3 o 4 mts, por lo que comprar un GPS Diferencial podríamos tildarlo de anacronismo y de dinero tirado a la basura.

CONCLUSIONES

En síntesis, y para concluir, podemos decir que la más moderna tecnología pone a nuestra disposición un sistema para situarnos en la Tierra realmente sofisticado y enormemente útil si sabemos utilizarlo.

Actualmente estamos asistiendo a la popularización y difusión de este sistema para su uso portátil en actividades al aire libre, aunque de forma desapercibida, lo estamos utilizando continuamente, como por ejemplo para desplazarnos de un punto del Globo a otro con el avión o el barco.

Otra de las cuestiones más importantes a tener en cuenta es que, por otro lado, saber dónde nos encontramos, es algo que en muchas ocasiones nos puede ser realmente necesario cuando practicamos cualquier tipo de actividad al aire libre. ¿Quién no ha pasado un poco de temor cuando, practicando actividades a cualquier nivel, en una zona poco conocida, en un momento dado no sabe si está acercándose o alejándose del punto que buscaba?. En estas ocasiones consideramos que, disponer de un sistema que nos proporcione nuestra posición exacta, tiene un valor incalculable.

Y ya para finalizar, decir que, aunque hemos ya descrito todas las excelencias de estos aparatos, no dejan de ser dispositivos electrónicos que pueden fallar (por caída, agotamiento batería, etc…) por lo que siempre deberemos de acompañarlos con nuestros habituales compañeros de viaje: la brújula y el mapa.

Antes de plantearnos la compra de un receptor GPS debemos de saber que es lo que básicamente puede hacer por nosotros independientemente de sus características físicas y sus prestaciones específicas:

Calcular nuestra posición actual, con lo que, podemos localizarla en un mapa.

Guiar o encaminarnos hacia un destino seleccionado (rutas).

Guardar nuestra posición actual en memoria para ayudarnos a volver a ella cada vez que lo deseemos.

NOMBRE Y DESCRIPCIÓN DE LAS FUNCIONES

  • POSICIÓN: Indicar la posición del GPS. Facilita la localización casi exacta del receptor. Para ello el GPS tiene que haber captado las señales emitidas al menos por tres satélites.
  • ALTURA: al captar 4 o m s satélites el GPS indica la altura sobre el nivel del mar. (sensible a Disponibilidad Selectiva)
  • TIEMPO: el GPS una vez inicializado, aunque no reciba señales satelitales indica la hora y fecha, si recibe señales indica la hora exacta.
  • PUNTO DE PASO o PUNTO DE REFERENCIA: El waypoint es la posición de un único lugar sobre la superficie de la tierra expresada por sus coordenadas. Un waypoint puede ser un punto de inicio, de destino o un punto de paso intermedio en una ruta. Todos los GPS pueden almacenar en memoria varios Waypoints, los cuales se pueden borrar, editar, e identificar mediante caracteres alfa numéricos. Algunos GPS permiten agrupar una sucesión de waypoints representando un recorrido, a esto se le llama RUTA.
  • DISTANCIA: introduciendo las coordenadas de dos puntos, la función distancia del GPS informa la separación de ambos y el rumbo en grados que hay que seguir desde el marcado como inicio al de destino. Lo mismo puede realizarse con dos waypoints.
  • NAVEGACION: Introduciendo un waypoint como destino y otro como origen, esta función facilitar actualizando continuamente los siguientes datos:

  1. Rumbo de contacto (Bearing), rumbo expresado en grados que debemos seguir desde la posición actual para llegar al destino.
  2. Rumbo actual (Heading track) Rumbo en grados que llevamos en ese momento. Un GPS es una brújula exacta no afectada por campos magnéticos o metales de los vehículos.
  3. Distancia: el GPS nos informa la distancia que falta en línea recta para llegar a nuestro punto de destino.
  4. Error transversal: (CDI, XTE) El GPS nos informa del alejamiento transversal de la trayectoria ideal en línea recta desde el inicio al destino.
  5. Velocidad: (Speed) Velocidad a la que se está desplazando el GPS.
  6. Tiempo estimado de llegada: (ETA,TTG) Indica el tiempo estimado de llegada al destino en línea recta manteniendo constante la velocidad (por razones obvias solo aplicable a navegación aérea o marítima.)
  7. Tiempo estimado de viaje: (ETE) Tiempo estimado de viaje a la velocidad indicada por el GPS.

 

 

  • SET UP: La función set up se utiliza para programar el GPS y controlar la forma que ofrece la información, por ej. si los datos queremos que aparezcan en millas o km, en pies o metros. etc. al igual que el sistema de coordenadas que pueden utilizar los sistema Lat/Lon, UTM, y los diferentes GRID.
  • Datum (map datum) representa un sistema geométrico de la tierra. La subfunción DATUM permite seleccionar entre los dif. sistemas en que están basados los mapas y cartas marinas.
  • Norte de Referencia: (North Reference) Permite elegir el modelo de norte (magnético, indicado por las brújulas) o verdadero (true) que el GPS tomar para indicar las informaciones sobre rumbo actual y de contacto.
  • Unidades de distancia: (Dist. units) Esta subfunción permite seleccionar las unidades de longitud de la información (km, millas y millas marinas)
  • Unidades de elevación: (Elev. units) Esta permite elegir entre metro y pies.
  • Hora: (Time) Selecciona el formato de la hora, se puede elegir entre UT (universal time) y GMT. Algunos modelos también traen la hora local.

EL SISTEMA GALILEO – EUROPA SE UNE AL CARRO

Los ministros de transportes de la Unión Europea han dado el definitivo pistoletazo de salida el proyecto Galileo, países como Reino Unido y Holanda, hasta ahora dos de los países más reticentes, han cedido para crear una empresa común junto con todos los países participantes y conseguir así una mayor independencia europea. Gracias a esta independencia, se relegará a un segundo plano al sistema GPS americano ya que Galileo contará con un margen de error inferior a cinco metros en todo el mundo y será una pieza clave para el control de todas las aeronaves, trenes o vehículos que circulen por todo el planeta. Gracias a su red de 30 satélites.

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Aunque en un principio el sistema Galileo está pensado para usos civiles, los quince no descartan su uso en aplicaciones militares, según palabras del actual presidente del congreso de ministros europeo, Álvarez Cascos: “La condición de civiles o militares es una condición secundaria”. “Algunos hemos defendido el proyecto civil por encima de quienes serán los usuarios de los servicios”

Los países participantes en el proyecto han desarrollado una empresa común que contará con una inversión de 450 millones de € en la fase de desarrollo. El proyecto será una realidad en el año 2008 donde se habrán invertido unos 6.000 millones de € de los que se espera obtener beneficios superiores a 74.000 millones de €. La participación de la empresa privada en el proyecto se prevé tenga cabida a partir del año 2003, creando puestos de trabajo especializado que pueden superar los 150.000 empleos.

Resumiendo las fases principales por las que va a pasar el sistema Galileo podemos citar: Definición entre 1999 y 2001, desarrollo y validación (2002- 2004), despliegue (2005-2007) y operativa (2008)

La fase de desarrollo en la que actualmente nos encontramos servirá para probar la arquitectura del sistema mientras que en la fase de despliegue se llevara a cabo el lanzamiento e instalación de los 30 satélites necesarios para que el sistema se encuentre operativo a principios del año 2008.

El sistema europeo Galileo ya ha transmitido su primera señal de navegación de prueba. Los dos satélites Galileo lanzados el pasado 21 de octubre de 2011 han alcanzado ya sus órbitas finales, con las antenas de navegación alineadas correctamente, y sus sistemas han sido activados.

Después de sufrir una serie de reveses técnicos y politicos, sobre todo por la crisis económica, los gobiernos europeos han programado el lanzamiento de 18 satélites más en 2013 y 2014 con lo que, a finales de 2014, se pondrán en funcionamiento los servicios de navegación en toda Europa.

 

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