Hoy en día prácticamente todos llevamos un dispositivo GPS encima, que utilizamos para llegar a los sitios, indicar dónde estamos, o incluso para buscar esos curiosos “animalitos virtuales” que se han puesto tan de moda. Pero ¿realmente sabemos qué es y cómo funciona nuestro GPS?. En este artículo trataremos de responderte a esta pregunta de forma sencilla, pero rigurosa.
En realidad la mayoría de nosotros no llevamos un GPS, que son las iniciales de Global Positioning System (sistema estadounidense de posicionamiento), sino que llevamos en nuestro móvil un GNSS, iniciales de Global Navigation Satellite Systems que se refiere al conjunto de todos los sistemas de navegación por satélite, tanto el GPS como el GLONASS ruso, el BEIDOU chino o nuestro GALILEO europeo.
Cualquier sistema de navegación por satélite tiene tres partes, que se conocen como sectores. El sector espacial son los satélites que orbitan alrededor de la Tierra, a unos 20.000 km. de distancia, y que son supervisados por el sector de control (Ver Figura 1). El sector usuario son todos los dispositivos GPS que utilizamos, tanto en un Smartphone como en los GPS profesionales, para georreferenciar un edificio, ayudar a un avión a aterrizar, hacer mediciones topográficas de parcelas o fincas, o incluso pilotar un dron.
Figura 1. Funcionamiento básico de GPS. Segmentos.
Pero realmente, ¿cómo un dispositivo tan pequeño te puede dar tu posición en el planeta Tierra con una precisión tan alta?
Para georreferenciar cualquier elemento, estos dispositivos realizan una simple triangulación, es decir, la intersección de tres esferas imaginarias, cuyos centros son los satélites y cuyos radios son las distancias entre nuestro dispositivo móvil y cada uno de los satélites, como se puede ver en la Figura 2. Con lo que hemos dicho, podría pensarse que sólo se necesitan tres satélites para calcular la posición, pero debido a factores que se escapan al contenido de este artículo, se necesitan en realidad cuatro. Es más, generalmente se utilizan todos los satélites disponibles para aumentar la precisión.
Figura 2. Posicionamiento básico de GPS.
Retomando el tema de las esferas, está claro que el centro está en el satélite, pero ¿cómo calculamos el radio?, o lo que es lo mismo, la distancia entre satélite y dispositivo móvil. Como dijo Jack el destripador, vayamos por partes. Todo este invento se basa en la medición precisa del tiempo, porque al final lo que vamos a necesitar es medir con la mayor precisión posible el tiempo que tarda la señal que viaja del satélite a nuestro teléfono móvil. ¿Y para qué necesitamos conocer este tiempo? Pues porque como sabemos que esta señal viaja a la velocidad de la luz, que es de aproximadamente de 300000 kilómetros por segundo, sabiendo los segundos que ha tardado la señal en llegar a nuestro móvil, sabremos la distancia entre el satélite y nuestro dispositivo móvil. Pero para poder triangular y conocer nuestra posición, necesitamos las posiciones de los satélites; tranquilo, de esto se encarga el sector de control del que hemos hablado antes. El sector de control calcula las órbitas de los satélites para que éstos últimos las envíen a nuestros móviles, que conocerán en todo momento dónde se sitúa cada satélite, esta información es lo que se conoce cono efemérides.
Recapitulando, tenemos las distancias de nuestro móvil o receptor GPS a un montón de satélites y la posición de éstos últimos. Utilizando estos datos, nuestro receptor móvil GPS puede resolver de forma sencilla este problema matemático de triangulación para obtener nuestra posición (acuérdate de las esferas de las que hemos hablado antes).
Con todo esto ¿Qué precisión crees que es capaz de obtener tu dispositivo móvil? , pues no demasiada, aunque todo depende de lo que necesites. Un smartphone o tablet común calcula su posición de la manera que te hemos explicado (en terminología científica se denomina medición por código), alcanzando precisiones de entre dos y cinco metros. Suficiente para ubicarnos en una carretera, capturar un Pokémon o llegar a un restaurante, aunque no para realizar una medición precisa o una georreferenciación de un edificio, finca o parcela. Para hacer este tipo de trabajos, se utiliza la metodología denominada medición por fase, de la que hablaremos en otro artículo, alcanzando así precisiones centimétricas e incluso milimétricas, dependiendo del instrumental y la metodología utilizada.
¿Y por qué no puedes medir con precisión centimétrica con tu teléfono móvil? En primer lugar, porque los aproximadamente 300000 kilómetros por segundo a los que te hemos dicho que viaja la luz, es en el vacío. Desgraciadamente, las señales de los satélites cruzan la atmósfera, esto hace que cambie su velocidad y por tanto las distancias calculadas, produciendo errores. También se producen otros errores, como el multicamino (rebote de la señal en edificios, árboles, etc.) que se puede ver en la Figura 3, errores en los relojes, etc. Por supuesto que existen técnicas geodésicas para eliminar éstos y otros errores, pero los dispositivos móviles de uso común no las utilizan; para ello se necesita un receptor GNSS profesional como los que se utilizan en Topografía, Geodesia y Geomática, aunque claro, son mucho más caros.
Figura 3. Señal multicamino.
Bueno, esperamos que te haya quedado un poco más claro cómo funciona el GPS de tu dispositivo móvil. La próxima vez que persigas un Pokémon, o intentes llegar a un sitio que no conoces, piensa que hay un montón de trastos por ahí arriba echándote una mano.
