El cálculo de posicionamiento en la superficie de la tierra dio un gran paso con la tecnología satelital de los GNSS, que hizo posible la medición de coordenadas geográficas de un punto, independientemente de en qué parte del mundo estuviera localizado, en el mar, en el aire o en una montaña por ejemplo.
Lo más probable es que si te dedicas a la topografía o algún área relacionada a esta, ya hayas escuchado este término antes, pero si tu caso es todo lo contrario nos gustaría empezar este artículo desde lo más básico y sin muchos tecnicismos como su origen para que conozcas mejor este importante sistema.
Origen del GNSS
GNSS son las siglas de Sistemas Global de Navegación por Satélite (Global Navigation Satellite System), y hace referencia al conjunto de los sistemas de navegación por satélite como son GPS, GLONASS y el reciente Galileo, que con cobertura global proveen un posicionamiento geoespacial de una manera autónoma.
La historia del concepto de GNSS se remonta a los años 70, con el desarrollo del sistema estadounidense GPS, creado como una tecnología fundamental y estrictamente exclusiva para sus tácticas militares luego de que por accidente en el año 1983 dos cazas soviéticas invadieron espacio aéreo ruso por un error de localización.
No fue hasta mediados de los noventas, que comenzó a emplearse con fines civiles no solo en este país si no que también se alcanzaron numerosos acuerdos entre el Gobierno Estadounidense y distintos países de todo el mundo para su uso ahora sí, global.
Sin embargo debido a que por un tiempo el único sistema de navegación por satélite plenamente operativo era el de Estados Unidos, lo cual le daba demasiado control y poder para emitir o distorsionar la señal civil del GPS en caso de guerra o conflictos entre países, estos decidieron desarrollar su propio sistema de navegación por satélite, para así disponer de esta tecnología sin depender de los EEUU.
Así fue cómo surgieron los diferentes tipos de GNSS conocidos hasta hoy en día y utilizados en todo el mundo.
¿Qué es un GNSS?
Concretamente, un sistema GNSS es una constelación de satélites artificiales orbitando alrededor de la tierra a unos 20 000 km de altitud sobre el mar aproximadamente y distribuidos en diferentes planos orbitales. Es gracias a la señal que este emite, que podemos determinar la posición tridimensional de un receptor en la tierra.
¿Cómo funciona un GNSS?
Para hacerlo lo más simple posible, resumimos su funcionamiento de la siguiente forma:
Primero desde saber qué el cálculo de la posición tridimensional de un objeto sobre la tierra se obtiene midiendo la distancia de tres satélites con posición conocida y un satélite más para la altitud.
Por lo tanto, se necesita de una constelación de satélites artificiales que orbiten la tierra y den cobertura en cualquier parte del mundo para conseguirlo.
Los satélites se encargan de emitir su posición a los receptores de la tierra (GPS) a través de las efemérides y es entonces con esta información que se puede medir la distancia entre el receptor y los satélites mediante el tiempo de recorrido de las señales GNSS.
Puesto que las señales viajan a velocidad de la luz y los errores de tiempo pueden provocar varios kilómetros de diferencia en la medición, los relojes de un satélite GNSS son la clave más importante en estos sistemas.
¿Cómo está compuesto un GNSS?
Este complejo sistema está compuesto de 3 segmentos que se encargan de la manipulación, control y mantenimiento de los GNSS, además de gestionar toda la transmisión emitida por la constelación de satélites en el espacio:
Sistema Satelital
Se trata de una red de 24 a 27 satélites en 6 planos orbitales que permiten enviar señales a los receptores de forma global, cada uno con una órbita elíptica que aloja por lo menos 4 satélites regularmente distribuidos con una inclinación de 55° respecto al plano del ecuador.
Con el fin de identificarlos por su número orbital reciben el nombre de A,B,C,D y F. Por ejemplo, el satélite 4B corresponde al satélite 4 del plano orbital B.
Sistema de Control Terrestre
El sistema de control terrestre consiste básicamente en un sistema de estaciones centrales de seguimiento localizadas alrededor de la tierra que son monitoreadas. Su función se puede definir en tres puntos:
- Controlar el estado y posición de los satélites
- Recibir las señales emitidas por los satélites
- Corregir las órbitas (efemérides) por medio de una estación maestra para asegurar el correcto funcionamiento de los relojes y osciladores de cada uno de los satélites.
Posteriormente estos se encargarán de transmitir los ajustes a los receptores de GPS en la tierra mediante señales de radio.
Sistema de Usuario
Son los instrumentos o receptores que captan las señales emitidas por los satélites y son utilizados para determinar la posición de un objeto con coordenadas de un punto a otro, navegación o el tiempo con precisión. Este dispositivo está formado por un conjunto de elementos básicos que son:
Antena receptora de GNSS a la frecuencia de funcionamiento del sistema, de cobertura hemisférica omnidireccional.
Receptor: basado en la mezcla de frecuencias que permite pasar de la frecuencia recibida en la antena a una baja frecuencia que podrá ser manejada por la electrónica del receptor.
Señales
Ahora bien, hemos hecho mucha mención a las señales emitidas por los satélites, por lo que creemos es importante mencionar lo siguiente. Empecemos aclarando que también reciben el nombre de efemérides y contienen códigos y datos de navegación para que los usuarios puedan calcular el tiempo viaje, la posición o coordenadas de satélite.
Lo más importante a considerar de estas señales son:
- Señal portadora, es una señal de radiofrecuencia que vibra a una frecuencia determinada pero distinta a la frecuencia de la información o los datos.
- Código de alineación, secuencia binaria que permite a los receptores determinar el tiempo de viaje de las señales desde los satélites a los receptores en la tierra.
- Datos de navegación mensaje binario que proporciona información de las señales de los satélites, conjunto de señales de precisión reducida y parámetros de polarización del reloj.
Para terminar, puede que te preguntes ¿Cuáles son las aplicaciones de un GNSS?
Cuando llegó el sistema GPS en 1996, salieron al mercado muchos productos y servicios que cambiaron la forma en qué vivimos y hacemos las cosas, se empezaron a aplicar para los civiles en los años 80 y actualmente son parte de distintos sectores.
Algunos ejemplos son el sistema militar, ejercito, infantería, marina y el sistema global donde se utilizan en cosas como la aviación, navegador GPS para coches, deportivos, telefonía móvil, agricultura, entre muchos otros que nos permiten ver nuestra posición en un mapa y en tiempo real, o incluso como rastreadores para personas.
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