El objetivo de esta nota es dar un pantallazo general e introductorio a un tema que cada vez se usa más entre quienes practican actividades al aire libre en terrenos inhóspitos: El GPS

Como primera medida el nombre s deriva de las siglas "Global Positioning System" (Sistema de Posicionamiento Global) el cual está integrado por 3 componentes fundamentales:
1) Los satélites que permanentemente envían información a la Tierra.
2) Las estaciones terrenas que corrigen la información enviada por los satélites y la reenvían a éstos para retroalimentar correcciones en un ida y vuelta.
3) Los receptores, que son los "aparatitos" mal llamados GPS.
En esta nota nos referiremos al receptor como "receptor" y al sistema de posicionamiento como un todo "GPS" o "NAVSTAR". Este es el verdadero nombre del GPS (NAVigational Satellite Timing And Ranging), aunque se hizo popular scomo GPS, por eso lo llamaremos así. Es bueno aclarar que el NAVSTAR (comenzado a desarrollar por los Estados Unidos en 1973 y puesto en operación en 1995) no es el único sistema que existe. La ex URSS también desarrolló el GLONASS, pero los modelos de receptores que se venden para uso civil no interpretan las señales del GLONASS, solo las del NAVSTAR.

Sobre la tierra, a unos 19.000 kms. hay 24 satélites orbitando cada 12 hs. que envían información a los receptores. Su distribución (6 órbitas con 4 satélites cada una) permiten que en cualquier parte de la Tierra siempre que se tenga una visión sin obstrucciones del horizonte) tengamos al menos 6 satélites sobre nosotros. La señal enviada por éstos es débil (50 watts, lo que equivale a la potencia de modelos modestos de radio para náutica) por los cual a veces la calidad de la señal es "pobre" ante la mínima obstrucción en la visibilidad de los satélites. Elementos como la carrocería de un vehículo, follaje espeso, edificios, fenómenos climáticos y muchos otros, hacen que la exactitud en la determinación del receptor se vea reducida. Como dato curioso es interesante saber que existen dos satélites de "repuesto" que funcionan solo en caso de tener que poner en mantenimiento algún otro. En tierra existe una "red" de estaciones receptoras que en envían (las 24 hs.) a los satélites su posición exacta (corrigiendo la posición determinada por el propio satélite) y la hora exacta UTC, a fin de poder sincronizar los cuatro relojes atómicos con que cada satélite cuenta. Esta corrección y sincronización permanente de todos los satélites desde las estaciones en Tierra permite que el sistema como un todo pueda mantener una confiabilidad uniforme en cualquier punto del planeta.

¿Pero cómo determina el receptor su posición y qué información le envían los satélites para calcularla? Sabemos que las ondas de radio se mueven a la velocidad de la luz, por lo cual podemos decir que si sabemos en qué momento se ha originado una señal de radio y cuánto ha tardado en llegar hasta nosotros podríamos calcularle a qué distancia está el emisor de esa señal: El satélite. La información que los satélites envían a los receptores es básicamente la hora UTC (Universal Time Coordinated u "Hora GPS") e información acerca de en que posición debería estar ese satélite a cada momento. ¿Cómo sigue el cálculo en el receptor que tenemos? Dentro de éste existe un CPU y un software que realiza complejos cálculos trigonométricos.

 

Supongamos que desde donde está nuestro receptor captamos la señal de 4 satélites (1, 2, 3 y 4). Cada satélite tiene un número identificatorio que puede verse los receptores. Determinando cuanto ha tardado la señal desde un satélite visible (no olvidemos que en la señal recibida viaja la hora en que la señal se emitió y que el receptor tiene en su reloj) y sabiendo la posición en que el satélite debería estar, traza una esfera virtual con origen en el satélite con el radio igual a la distancia a la que este dice encontrarse (Fig. 1). ¿Para qué esa esfera? El receptor sabe por la información enviada por el satélite y sus propios cálculos, que definitivamente se encuentra en algún punto dentro de esa esfera de 19.000 kms. de radio, lo cual no parece preciso. Pero si en este escenario agregamos un segundo satélite y el receptor "imagina" una segunda esfera igual a la anterior, estas se intersectarán (Fig. 2) reduciendo el área en la que está el receptor.

Cuando un 3º satélite entra en escena, y en los cálculos, el receptor ya puede determinar su posición "2D" (Fig. 3) es decir, su posición expresada en latitud y longitud, con exactitud aceptable. Para eso el receptor necesita un valor ingresado por nosotros (a falta de un 4º satélite) que es la altura sobre el nivel del mar para mejorar el cálculo de posición. Al ser difícil conocer con exactitud la altitud en la que nos encontramos, es preferible no "confiar" en el receptor si está en modo "2D" debido a que ingresar una altitud incorrecta nos puede dar errores considerables, es mucho más sencillo mover el receptor a algún lugar donde logre una mejor visibilidad de los satélites y logre entrar en modo "3D".

¿Cómo determina el receptor la posición "3D"? Cuando entra un 4º satélite (Fig. 4) el receptor "mide" con las 4 combinaciones posibles de 3 satélites (1-2-3, 2-3-4, 1-3-4 y 1-2-4), y usa al 4º para calcular altitud, y promedia los cálculos para determinar su posición con una exactitud igual o menor a 30 mts. en el 95 % de los casos. Cabe aclarar que el valor determinado para la altitud es bastante inexacto debido a que el receptor usa un solo satélite para ello. Los receptores modernos captan hasta 12 saalcular usando, de ser necesario, los restantes para mejorar la posición.

¿Cómo sabemos qué exactitud tenemos al determinar una posición? Hay dos valores que figuran en la mayoría de los receptores y que nunca quedan muy en claro, tampoco en los manuales, sobre lo que tratan y para que sirven. Estos son el EPE (Estimates Position Error), que es el error estimado en determinar la posición y se expresa en mts. y el DOP (Dilution Of Precision) que es un factor de valor absoluto por el cual el valor del EPE debe ser multiplicado para tener una certeza precisa del margen de error. Como ejemplo, si el receptor indica que tenemos un EPE de 10 mts. significa que en el 50 % de las mediciones (o sea con un 50 % de seguridad) estamos en un círculo de 10 metros a partir del punto que el receptor dice que estamos.

Pero si queremos más exactitud debemos multiplicar ese valor por el DOP, supongamos 2. Esto nos permite decir que, con un 95 % de seguridad, estamos en algún punto de un círculo de 20 mts. de diámetro. (EPE * DOP). Realmente saber con unos 20 ó 30 metros en que lugar del planeta uno se encuentra, suficiente en muchas situaciones. No es poco frecuente, en días o noches claras, con buena visibilidad del horizonte, tener un EPE de 3 ó 4 metros y un DOP de 1.8 ó 2, lo cual nos pone en un círculo de apenas 6 a 8 mts.

Existen procedimientos como "promediar mediciones" que efectúan muchos modelos de GPS que mejoran aún más estos valores y consiste en colocar el receptor quieto y pedirle que promedie sus cálculos durante un tiempo. Luego de un centenar de mediciones, en un par de minutos, logrará valores más exactos. Esta explicación (al igual que los algoritmos utilizados) puede variar entre diferentes modelos del mismo fabricante, y más aún entre diferentes fabricantes, llegando a utilizar distintos términos para hablar de lo mismo, haciendo que este trabalenguas sea aún un poco más complicado.