- De ‘Pulgarcito’ al GPS -
Desde tiempos remotos, el hombre se preocupó siempre por orientarse correctamente durante sus incursiones por tierra o por mar, para así llegar a su destino sin extraviarse y poder después regresar hasta el punto de partida (Todos recordamos el cuento de ‘Pulgarcito’, que iba dejando migas de pan para después recordar el camino de vuelta).
A partir del siglo XII, comenzó a utilizarse ya la brújula para orientarse en las travesías por mar. Y en 1492, Cristóbal Colón empleó un nuevo instrumento de aquella época, el astrolabio, el cual le sirvió de ayuda durante la travesía que le llevó al descubrimiento de América. Años después, surgió el sextante, instrumento de navegación más preciso que el astrolabio, pero que como este. unicamente podía determinar la latitud, una de las dos coordenadas necesarias para situar un punto sobre la Tierra o en el mar.
Y es ya a partir de 1761 con la invención del cronómetro náutico –en esencia, un reloj de alta precisión-, siempre sincronizado para mostrar la hora GMT (‘Greenwich Mean Time’, u ‘Hora del Meridiano de Greenwich’), cuando se posibilita la ubicación en el mar de la posición exacta, ya que este –el cronómetro-, sirviendo de complemento al sextante, permitía determinar también la coordenada que faltaba: la longitud (La latitud es la coordenada que permite la orientación hacia el hemisferio Norte o Sur; y la longitud, permite la orientación hacia el Este o el Oeste). Y así, durante dos largos siglos, fue esta la única forma de orientarse en las navegaciones: tomando como referencia siempre la hora GMT, y la posición del Sol de día o de estrellas conocidas por la noche.
En el siglo XX, durante la Segunda Guerra Mundial, se establecieron algunos sistemas electrónicos de navegación que permitían determinar latitud y longitud, lo cual constituyó un gran avance tecnológico. Estos sistemas funcionaban utilizando un cierto tipo de receptores de radio instalados a bordo de las naves –barcos o aeronaves- que captaban las señales de radiofrecuencia emitidas por determinadas estaciones terrestres. Los más exactos de estos sistemas utilizaban señales en UHF (‘Ultra High Frecuency’), aunque tenían el inconveniente de que cubrían áreas muy poco extensas, pega que se subsanaba con las señales en AM (‘Amplitud Modulada’), menos precisas pero mas extensas. No eran, sin embargo, sistemas de total fiabilidad o exactitud; y para corregir los errores que se producían, seguían utilizándose conjuntamente el sextante y el cronómetro.
En las últimas décadas del siglo XX –ya en pleno apogeo de la tecnología, de la electrónica y de la informática-, se llegó a la conclusión de que la única manera de cubrir la mayor parte de la superficie terrestre, sería con la emisión de señales de radio emitidas por satélites que circunvalaran el globo terráqueo. De esta forma, se crearon las bases de lo que posteriormente sería el sistema GPS (‘Global Positioning System’).
Pero, antes de existir el sistema GPS, se habían utilizado otros sistemas de navegación o posicionamiento, basados en la recepción de señales de radio, que aplicaban el principio matemático –ya conocido y experimentado- de la triangulación. Y durante la Segunda Guerra Mundial, aun se desarrollaron algunos sistemas más: el radiogoniómetro, el radiofaro direccional, las radiobalizas, etc.
Podríamos considerar, que el punto de partida para el establecimiento del sistema GPS, fue el lanzamiento en 1959 del satélite espacial estadounidense ‘Vanguard’. Con él, se puso de manifiesto que, efectivamente, las señales de radio emitidas por este desde el espacio podían evitar las interferencias atmosféricas, las producidas por la propia curvatura de la Tierra, y las ocasionadas por la atracción gravitatoria de la luna y del sol, todas las cuales afectaban -ocasionando errores- a las señales de radio de sistemas anteriores . De manera, que se pensó en colocar en el espacio cósmico transmisores de radio, que emitieran constantemente señales codificadas en dirección a la Tierra.
Pero, no fue hasta 1993, que el Departamento de Defensa de EE.UU., basándose en los conocimientos adquiridos y en la experiencia recogida con el ‘Vanguard’, decidiese poner en funcionamiento un sistema de localización por satélite conocido por las siglas GPS. Sistema que, en un principio, estaba limitado exclusivamente a la actividad militar (y codificado, para que no pudiese utilizarse civilmente); pero que a
partir de Mayo de 2000, se utilizó ya con carácter general en la vida civil. Este sistema de satélites –que actualmente pertenecen a una segunda generación, la llamada ‘Block II’-, permiten conocer la posición –latitud y longitud- y además la altura en que nos encontramos en cualquier punto de la Tierra.
En esencia, el sistema GPS, consta de tres partes: a) los satélites; b) el control terrestre de estos y c) los receptores. Los satélites, en número de 24, están distribuidos en seis órbitas diferentes situadas a 11.000 millas de distancia de la Tierra. Cada satélite mide 5 metros y pesa 50 kilos, y circunvala la Tierra dos veces cada 24 horas. Llevan adosados paneles de células solares de alta potencia –para la energía que requieren-, y están equipados con un transmisor de ondas de alta frecuencia, un sistema de computación y un reloj atómico de cesio (que solo ‘se permite’ un margen de error de un segundo cada 30.000 años). La situación de los satélites en el espacio, permite que el receptor GPS, independientemente del lugar en donde nos encontremos, reciba de forma constante y simultánea las señales de, por lo menos, 6 satélites. El monitoreo y control de los satélites que conforman el sistema GPS, se ejerce desde diferentes estaciones terrestres situadas alrededor del mundo, las cuales rastrean su trayectoria orbital, introduciendo las necesarias correcciones a las señales de radio que transmiten hacia la Tierra ante –p.e.- las distorsiones que provocan en ellas la ionosfera o los ligeros cambios que introducen en sus órbitas la atracción de la luna y del sol, correcciones que benefician la exactitud del funcionamiento del sistema.
Los receptores GPS –móviles, o instalados en vehículos, embarcaciones, etc.-detectan, decodifican y procesan las señales que reciben para determinar el punto donde se encuentran situados. Los más sencillos, están preparados para determinar con un margen mínimo de error, la latitud, la longitud y la altura desde cualquier punto de la Tierra donde nos encontremos situados. Otros modelos, más completos, muestran también el punto donde hemos estado, y trazan de forma virtual sobre un mapa la trayectoria seguida o la que vamos siguiendo en esos momentos.
El sistema GPS, permite pues conocer, el lugar donde nos encontramos situados en todo momento, bien que estemos situados en un punto fijo sin desplazarnos o incluso en movimiento, tanto de día como de noche y cualesquiera que sean las condiciones climatológicas. También permite este sistema, rastrear en tiempo real, la ubicación de una persona, animal, vehículo, etc. -a condición de que estén equipados con algún dispositivo que emita señales, ya sean de radio o telefónicas. - y así, poder prestar auxilio si fuese necesario,
El funcionamiento del sistema GPS, se basa –como otros sistemas anteriores a él- en el principio matemático de la triangulación, por lo cual para ubicar la posición, será necesario que el receptor GPS determine con exactitud la distancia que lo separa de al menos tres satélites. Para ello, el receptor tendrá que calcular el
tiempo que tarde la señal en viajar desde el satélite hasta el receptor, teniendo en cuenta la demora y realizando los correspondientes cálculos matemáticos.
Las ondas electromagnéticas –como todas las señales de radiofrecuencia- se desplazan por el espacio de forma concéntrica, como 'virtuales esferas imaginarias’, viajando a la velocidad de la luz –es decir, 300.000 kilómetros por segundo-, por lo que es posible calcular la distancia existente entre el transmisor y el receptor, si se conoce el tiempo que demora la señal en viajar de un punto a otro. Teniendo en cuenta que el del satélite es un reloj atómico de cesio, extremadamente exacto, y el del receptor uno normal de cuarzo, y siendo indispensable para la medición, que ambos estén perfectamente sincronizados, el satélite emite cada cierto tiempo una señal digital o ‘patrón de control’, que siempre llega al receptor con más retraso que la señal normal de radiofrecuencia; el retraso entre ambas señales, será igual al tiempo que demora la señal de radiofrecuencia en llegar desde el satélite al receptor GPS. Y es el propio receptor el que, conocidos y memorizados estos datos, calcula el tiempo mediante diferentes y complicadas operaciones matemáticas. Para corregir otros errores que pudiesen influir en la señal –como la densidad de la atmósfera, el ángulo existente entre satélite y receptor, las condiciones atmosféricas locales, etc.-, el receptor se sirve de complejos modelos matemáticos que guarda en su memoria. Y para determinar también la altura a la que el receptor se encuentra sobre el mar, el receptor deberá medir la distancia a un cuarto satélite para poder así reconocerlos.
La mayoría de los receptores GPS, tienen la posibilidad de guardar en su memoria la información digitalizada de mapas, red de carreteras, planos de ciudades y otras prestaciones, que muestran gráficamente y con todo detalle en su pantalla. Podremos señalarle una ruta determinada que pretendemos recorrer y además, pedirle que nos muestre cuál de ellas es la más corta; y él se encargará de guiarnos, mostrándonos las rutas o calles más adecuadas; también, nos mostrará en pantalla el tiempo estimado en llevar a cabo ese viaje; y podremos guardar en su memoria todo ello, para ulteriores usos.
El margen de error de un receptor GPS normal, suele estar entre los 60 y 100 metros; aunque, con el llamado ‘GPS diferencial’, se reduce esta distancia a 1 metro o menos (Indispensable esto, cuando se trata p.e., del aterrizaje de aviones, proceso en el cual una ‘equivocación’ o error de unos muy pocos metros, puede suponer una catástrofe). Y existen también receptores mucho más sofisticados que funcionan recibiendo múltiples señales de radiofrecuencia; en estos, el margen de error no sobrepasa los 25 centímetros ¡Asombroso!
Escrito por Raffaello. Agosto de 2010.
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