tarea G.P.S.

HISTORIA DEL G.P.S:

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.

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.

HISTORIA Y CRONOLOGIA DEL G.P.S:

1920’s   Orígenes de la radionavegación.

Principios de la II Guerra Mundial – LORAN, el primer sistema de navegación basado en la llegada diferenciada de señales de radio desarrollado por el laboratorio de Radiación de MIT. LORAN fue también el primer sistema de posicionamiento capaz de funcionar bajo cualquier condición climatológica pero es solamente bidimensional (latitud y longitud).

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....

Sistema de satélites: Está formado por 24 unidades con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo terráqueo. Más concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosados a sus costados.

CARACTERISTICAS TECNICAS Y PRESTACIONES DEL G.P.S:

• Estaciones terrestres: Envían información de control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación.
• Terminales receptores: Indican la posición en la que están; conocidas también como unidades GPS, son las que podemos adquirir en las tiendas especializadas.

Segmento espacial

• Satélites en la constelación: 24 (4 × 6 órbitas)
  • Altitud: 26580 m
  • Período: 11 h 58 min (12 horas sidéreas)
  • Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).
  • Vida útil: 7,5 años
• Segmento de control (estaciones terrestres)
  • Estación principal: 1
  • Antena de tierra: 4
  • Estación monitora (de seguimiento): 5
• Señal RF
  • Frecuencia portadora:
    • Civil – 1575,42 MHz (L1). Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa (C/A).
    • Militar – 1227,60 MHz (L2). Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado.
      • Nivel de potencia de la señal: –160 dBW (en superficie tierra).
      • Polarización: circular dextrógira.
• Exactitud
  • Posición: oficialmente indican aproximadamente 15 m (en el 95% del tiempo). En la realidad un GPS portátil monofrecuencia de 12 canales paralelos ofrece una precisión de 2,5 a 3 metros en más del 95% del tiempo. Con el WAAS / EGNOS / MSAS activado, la precisión asciende de 1 a 2 metros.
  • Hora: 1 ns
• Cobertura: mundial
• Capacidad de usuarios: ilimitada
• Sistema de coordenadas:
  • Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84).
  • Centrado en la Tierra, fijo.
• Integridad: tiempo de notificación de 15 minutos o mayor. No es suficiente para la aviación civil.
• Disponibilidad: 24 satélites (70%) y 21 satélites (98%). No es suficiente como medio primario de navegación.

APLICACIONES DEL G.P.S:

Civiles

Navegador GPS de pantalla táctil de un vehículo con información sobre la ruta, así como las distancias y tiempos de llegada al punto de destino.

• Navegación terrestre (y peatonal), marítima y aérea. Bastantes automóviles lo incorporan en la actualidad, siendo de especial utilidad para encontrar direcciones o indicar la situación a la grúa.
• Teléfonos móviles
• Topografía y geodesia.
• Localización agrícola (agricultura de precisión), ganadera y de fauna.
• Salvamento y rescate.
• Deporte, acampada y ocio.
• Para localización de enfermos, discapacitados y menores.
• Aplicaciones científicas en trabajos de campo (ver geomática).
• Geocaching, actividad deportiva consistente en buscar "tesoros" escondidos por otros usuarios.
• Para rastreo y recuperación de vehículos.
• Navegación deportiva.
• Deportes aéreos: parapente, ala delta, planeadores, etc.
• Existe quien dibuja usando tracks o juega utilizando el movimiento como cursor (común en los GPS Garmin).
• Sistemas de gestión y seguridad de flotas.

Militares

• Navegación terrestre, aérea y marítima.
• Guiado de misiles y proyectiles de diverso tipo.
• Búsqueda y rescate.
• Reconocimiento y cartografía.
• Detección de detonaciones nucleares.

TIEMPO DE EFEMERIDES:

El tiempo de efemérides es una forma constante y uniforme de tiempo utilizada en astronomía al hacer cálculos del movimiento orbital de objetos del Sistema Solar. Se basaba en el movimiento orbital de la Tierra alrededor del Sol más que en la rotación de la Tierra sobre su eje. Fue sustituido por el tiempo dinámico en 1984.
Los astrónomos en 1960 instituyeron el Tiempo de Efemérides (TE). Este sistema de tiempo corre perfectamente estable sin importar la rotación de la Tierra, más aún, sin importar que la Tierra exista. Se usa para muchos cálculos celestes y predicciones de almanaques (efemérides), especialmente para aquellos que tienen que ver con los movimientos de la Luna, los planetas y otros cuerpos del sistema solar en el espacio.
El Tiempo de Efemérides se iguala el Tiempo Universal alrededor de 1902. Desde entonces, el UTC se ha ido corriendo de tal forma que en 1996, el UTC tiene una diferencia de 62 segundos.

RELOJ ATOMICO:

Un reloj atómico es un tipo de reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un Máser.  Las mejores referencias atómicas de frecuencia (o relojes) modernas se basan en físicas más avanzadas que involucran átomos fríos y las fuentes atómicas. Las agencias de las normas nacionales mantienen una exactitud de 10^-9 segundos por día,  y una precisión igual a la frecuencia del transmisor de la radio que bombea el máser. Los relojes atómicos mantienen una escala de tiempo continua y estable, el Tiempo Atómico Internacional (TAI). Para el uso cotidiano, se disemina otra escala de tiempo, el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El UTC se deriva del TAI, pero se sincroniza usando segundos de intercalación con el Tiempo Universal (UT1), el cual se basa en el paso del día y la noche según las observaciones astronómicas.
El primero fue construido en 1948 por el Willard Frank Libby de los EEUU basándose en las ideas sobre un fenómeno extremadamente regular, la resonancia magnética molecular y atómica, del Nobel Isidor Isaac Rabi,  aunque la precisión conseguida por el amoníaco (molécula utilizada por el prototipo del NIST) no era muy superior a los estándares de la época basados en osciladores de cuarzo.
vea mas en : http://homepages.mty.itesm.mx/al584299/mypaper.htm 
 www.crisp.nus.edu.sg/~acrs2001/pdf/058nugro.pdf 
http://samadhi.jpl.nasa.gov/msl/Programs/gps.html 
www.flatsurv.com/gps.htm 
http://www.oreilly.com/reference/dictionary/terms/G/Global_Positioning_System.htm

que es, para que sirve y como funciona el G.P.S.

El  GPS  (Global  Positioning  System:  sistema  de  posicionamiento  global)  o  NAVSTAR-GPS  es  un  sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto,
una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros  (si se utiliza GPS diferencial), aunque  lo
habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema  fue desarrollado,  instalado  y actualmente operado
por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
El GPS  funciona mediante  una  red  de  24  satélites en órbita  sobre  el  globo,  a  20.200  km,  con  trayectorias sincronizadas para cubrir  toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales  indicando  la  identificación  y  la hora del  reloj de  cada uno  de  ellos. Con  base en estas  señales, el aparato  sincroniza  el  reloj del GPS  y  calcula el  tiempo que  tardan en  llegar  las señales al equipo,  y de  tal modo mide la distancia al satélite mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina ácilmente  la  propia  posición  relativa  respecto  a  los  tres  satélites.  Conociendo  además  las  coordenadas  o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el  reloj del GPS, similar a  la de  los elojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

Integración con telefonía móvil

Algunos móviles pueden vincularse a un receptor GPS diseñado a tal efecto. Suelen ser módulos independientes del teléfono que se comunican vía inalámbrica bluetooth, o implementados en el mismo terminal móvil, y que le proporcionan los datos de posicionamiento que son interpretados por un programa de navegación. Esta aplicación del GPS está particularmente extendida en los teléfonos móviles que operan con el sistema operativo Symbian OS, y PDAs con el sistema operativo Windows Mobile, aunque varias marcas han lanzado modelos con un módulo GPS integrado con software GNU/Linux.

Funcionamiento:

·  La situación de los satélites puede ser determinada de antemano por el receptor con

la  información  del  llamado  almanaque  (un  conjunto  de  valores  con  5  elementos

orbitales), parámetros que son transmitidos por los propios satélites. La colección de

los almanaques de toda la constelación se completa cada 12-20 minutos y se guarda

en el receptor GPS.

·  La  información  que  es  útil  al  receptor  GPS  para  determinar  su  posición  se  llama

efemérides. En este caso cada satélite emite sus propias efemérides, en  la que se

incluye  la  salud  del  satélite  (si  debe  o  no  ser  considerado  para  la  toma  de  la

posición), su posición en el espacio, su hora atómica, información doppler, etc.

·  El  receptor  GPS  utiliza  la  información  enviada  por  los  satélites  (hora  en  la  que

emitieron  las  señales,  localización  de  los  mismos)  y  trata  de  sincronizar  su  reloj

interno con el reloj atómico que poseen los satélites. La sincronización es un proceso

de prueba y error que en un receptor portátil ocurre una vez cada segundo. Una vez

sincronizado  el  reloj,  puede  determinar  su  distancia  hasta  los  satélites,  y  usa  esa

información para calcular su posición en la tierra.

·  Cada satélite  indica que el  receptor se encuentra en un punto en  la superficie de  la

esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.

·  Obteniendo  información de dos satélites se nos  indica que el  receptor se encuentra

• sobre la circunferencia que resulta cuando se intersecan las dos esferas. Si adquirimos  la misma  información de un  tercer satélite notamos que  la nueva esfera sólo corta  la circunferencia anterior en dos puntos. Uno de ellos  se  puede  descartar  porque  ofrece  una  posición  absurda. De  esta manera ya tendríamos la posición en 3D. Sin embargo, dado que el reloj que  incorporan  los  receptores GPS no está  sincronizado con  los  relojes atómicos  de  los  satélites  GPS,  los  dos  puntos  determinados  no  son precisos.
• Teniendo  información de un cuarto  satélite, eliminamos el  inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de  los  satélites. Y es en este momento cuando el  receptor GPS puede determinar una posición 3D  exacta  (latitud,  longitud  y altitud). Al no estar  sincronizados  los relojes  entre  el  receptor  y  los  satélites,  la  intersección  de  las  cuatro  esferas  con  centro  en  estos satélites es un pequeño volumen en vez de ser un punto. La corrección consiste en ajustar  la hora del receptor de tal forma que este volumen se transforme en un punto.
  

  Vocabulario básico en GPS

  • BRG (Bearing): el rumbo entre dos puntos de pasos intermedios (waypoints)
  • CMG (Course Made Good): rumbo entre el punto de partida y la posición actual
  • EPE (Estimated Position Error): margen de error estimado por el receptor
  • ETE (Estimated Time Enroute): tiempo estimado entre dos waypoints
  • DOP (Dilution Of Precision): medida de la precisión de las coordenadas obtenidas por GPS, según la distribución de los satélites, disponibilidad de ellos...
  • ETA (Estimated Time to Arrival): hora estimada de llegada al destino
    

   

vea mas en : http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_global
Sitio web educativo sobre el sistema GPS creado por el gobierno de EE. UU.