¿Qué es el GPS y cómo funciona?

GPS, o el Sistema de Posicionamiento Global, es un sistema satelital de navegación global que proporciona ubicación, velocidad y sincronización de tiempo.
El GPS está en todas partes. Puede encontrar sistemas GPS en su automóvil, su teléfono inteligente y su reloj. El GPS le ayuda a llegar a su destino, del punto A al punto B. ¿Qué es el GPS? Lea este artículo para obtener más información sobre cómo funciona, su historia y avances futuros.
¿Qué es el GPS y cómo funciona?
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegación que utiliza satélites, un receptor y algoritmos para sincronizar datos de ubicación, velocidad y tiempo para viajes aéreos, marítimos y terrestres.
El sistema de satélites consiste en una constelación de 24 satélites en seis planos orbitales centrados en la Tierra, cada uno con cuatro satélites, orbitando a 13.000 millas (20.000 km) sobre la Tierra y viajando a una velocidad de 8.700 mph (14.000 km / h).
Si bien solo necesitamos tres satélites para producir una ubicación en la superficie de la tierra, a menudo se usa un cuarto satélite para validar la información de los otros tres. El cuarto satélite también nos mueve a la tercera dimensión y nos permite calcular la altitud de un dispositivo.
¿Cuáles son los tres elementos del GPS?
El GPS se compone de tres componentes diferentes, llamados segmentos, que trabajan juntos para proporcionar información de ubicación.
Los tres segmentos de GPS son:
- Espacio (satélites): los satélites que rodean la Tierra y transmiten señales a los usuarios sobre la posición geográfica y la hora del día.
- Control de tierra – El Segmento de control se compone de estaciones de monitoreo terrestres, estaciones maestras de control y antena terrestre. Las actividades de control incluyen rastrear y operar los satélites en el espacio y monitorear transmisiones. Hay estaciones de monitoreo en casi todos los continentes del mundo, incluidos América del Norte y del Sur, África, Europa, Asia y Australia.
- Equipo de usuario: receptores y transmisores GPS, incluidos artículos como relojes, teléfonos inteligentes y dispositivos telemáticos.
¿Cómo funciona la tecnología GPS?
El GPS funciona mediante una técnica llamada trilateración. Se utiliza para calcular la ubicación, la velocidad y la elevación, trilateración recopila señales de los satélites para generar información de ubicación. A menudo se confunde con la triangulación, que se usa para medir ángulos, no distancias.
Los satélites que orbitan alrededor de la tierra envían señales para ser leídas e interpretadas por un dispositivo GPS, situado en o cerca de la superficie terrestre. Para calcular la ubicación, un dispositivo GPS debe poder leer la señal de al menos cuatro satélites.
Cada satélite de la red gira alrededor de la Tierra dos veces al día y cada satélite envía una señal, parámetros orbitales y tiempo únicos. En cualquier momento, un dispositivo GPS puede leer las señales de seis o más satélites.
Un solo satélite emite una señal de microondas que es captada por un dispositivo GPS y utilizada para calcular la distancia desde el dispositivo GPS al satélite. Dado que un dispositivo GPS solo proporciona información sobre la distancia desde un satélite, un solo satélite no puede proporcionar mucha información de ubicación. Los satélites no emiten información sobre ángulos, por lo que la ubicación de un dispositivo GPS podría estar en cualquier parte de la superficie de una esfera.
Cuando un satélite envía una señal, crea un círculo con un radio medido desde el dispositivo GPS al satélite.
Cuando agregamos un segundo satélite, crea un segundo círculo, y la ubicación se reduce a uno de los dos puntos donde los círculos se cruzan.
Con un tercer satélite, finalmente se puede determinar la ubicación del dispositivo, ya que el dispositivo está en la intersección de los tres círculos.
Dicho esto, vivimos en un mundo tridimensional, lo que significa que cada satélite produce una esfera, no un círculo. La intersección de tres esferas produce dos puntos de intersección, por lo que se elige el punto más cercano a la Tierra.
A continuación se muestra una ilustración del alcance por satélite:

A medida que un dispositivo se mueve, el radio (distancia al satélite) cambia. Cuando el radio cambia, se producen nuevas esferas, dándonos una nueva posición. Podemos usar esos datos, combinados con el tiempo del satélite, para determinar la velocidad, calcular la distancia a nuestro destino y la ETA.
¿Cuáles son los usos del GPS?
El GPS es una herramienta poderosa y confiable para empresas y organizaciones en muchas industrias diferentes. Topógrafos, científicos, pilotos, capitanes de barcos, socorristas y trabajadores de la minería y la agricultura son solo algunas de las personas que utilizan el GPS a diario para trabajar. Utilizan la información del GPS para preparar encuestas y mapas precisos, tomar medidas de tiempo precisas, rastrear la posición o ubicación y para la navegación. El GPS funciona en todo momento y en casi todas las condiciones climáticas.
Hay cinco usos principales del GPS:
- Ubicación: determinación de una posición.
- Navegación: ir de un lugar a otro.
- Seguimiento: seguimiento de objetos o movimientos personales.
- Mapeo – Creación mapas del mundo.
- Sincronización: permite tomar medidas de tiempo precisas.
Algunos ejemplos específicos de casos de uso de GPS incluyen:
- Respuesta de emergencia: durante una emergencia o desastre natural, los socorristas usan GPS para mapear, seguir y predecir el clima y realizar un seguimiento del personal de emergencia. En la UE y Rusia, el Regulación eCall se basa en la tecnología GLONASS (una alternativa al GPS) y la telemática para enviar datos a los servicios de emergencia en caso de accidente de vehículo, lo que reduce el tiempo de respuesta. Leer más sobre rastreo GPS para primeros respondedores.
- Entretenimiento: el GPS se puede incorporar juegos y actividades como Pokémon Go y Geocaching.
- Salud y estado físico: los relojes inteligentes y la tecnología portátil pueden rastrear la actividad física (como la distancia de carrera) y compararla con un grupo demográfico similar.
- Construcción, minería y camiones todo terreno: desde la localización de equipos hasta la medición y mejora de la asignación de activos, el GPS permite a las empresas aumentar el rendimiento de sus activos. Vea nuestras publicaciones en vehículo de construcción seguimiento y equipo todoterreno rastreo.
- Transporte: las empresas de logística implementan sistemas telemáticos para mejorar la productividad y seguridad de los conductores. UNA rastreador de camiones se puede utilizar para respaldar la optimización de rutas, la eficiencia del combustible, la seguridad del conductor y el cumplimiento.

Otras industrias en las que se utiliza GPS incluyen: agricultura, vehículos autónomos, ventas y servicios, militares, comunicaciones móviles, seguridad y pesca.
¿Qué precisión tiene el GPS?
Precisión del dispositivo GPS depende de muchas variables, como la cantidad de satélites disponibles, la ionosfera, el entorno urbano y más.
Algunos factores que pueden dificultar la precisión del GPS incluyen:
- Obstrucciones físicas: las mediciones de la hora de llegada pueden verse distorsionadas por grandes masas como montañas, edificios, árboles y más.
- Efectos atmosféricos: los retrasos ionosféricos, las fuertes tormentas y las tormentas solares pueden afectar a los dispositivos GPS.
- Efemérides: el modelo orbital dentro de un satélite podría ser incorrecto o estar desactualizado, aunque esto es cada vez más raro.
- Errores de cálculo numéricos: esto puede ser un factor cuando el hardware del dispositivo no está diseñado según las especificaciones.
- Interferencia artificial: estos incluyen GPS dispositivos de interferencia o parodias.
La precisión tiende a ser mayor en áreas abiertas sin edificios altos adyacentes que puedan bloquear las señales. Este efecto se conoce como cañón urbano. Cuando un dispositivo está rodeado de edificios grandes, como en el centro de Manhattan o Toronto, la señal del satélite se bloquea primero y luego rebota en un edificio, donde finalmente el dispositivo la lee. Esto puede provocar errores de cálculo de la distancia del satélite.
Afortunadamente, se han identificado muchos problemas críticos que enfrenta la tecnología GPS y están a punto de resolverse. Los receptores de alta calidad proporcionan una precisión horizontal superior a 2,2 metros en el 95% de los casos y una precisión superior a 3 metros en 99% de los casos.
Una breve historia del GPS
Los seres humanos han estado practicando la navegación durante miles de años utilizando el sol, la luna, las estrellas y, más tarde, el sextante. El GPS fue un avance del siglo XX hecho posible por la tecnología de la era espacial.
La tecnología GPS se ha utilizado a nivel mundial a lo largo de la historia. El lanzamiento del satélite Sputnik I de Rusia en 1957 marcó el comienzo de la posibilidad de capacidades de geolocalización y poco después, el Departamento de Defensa de EE. UU. Comenzó a utilizarlo para la navegación submarina.
En 1983, el gobierno de los EE. UU. Puso el GPS a disposición del público, pero aún mantuvo el control de los datos disponibles. No fue hasta el año 2000 que las empresas y el público en general obtuvieron acceso completo al uso del GPS, lo que finalmente allanó el camino para un mayor avance del GPS.
Para obtener más información sobre la historia y el desarrollo del GPS, consulte nuestra publicación en el Historia de los satélites GPS y rastreo GPS comercial.
Sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS)
Un GPS se considera un sistema de navegación por satélite global (GNSS), lo que significa que es un sistema de navegación por satélite con cobertura global. A partir de 2020, hay dos sistemas globales de navegación por satélite en pleno funcionamiento: el GPS de sincronización y alcance de la señal de navegación de EE. UU. (NAVSTAR) y el Sistema de navegación por satélite global de Rusia (GLONASS). El GPS NAVSTAR consta de 32 satélites propiedad de los EE. UU. Y es el sistema de satélites más conocido y más utilizado. El GLONASS de Rusia se compone de 24 satélites operativos con tres restantes como repuestos o en prueba.

Otros países también están corriendo para ponerse al día. La UE, por ejemplo, ha estado trabajando en Galileo, que se espera que alcance su plena capacidad operativa. a finales de 2020. China también está construyendo el sistema de navegación por satélite BeiDou, con 35 satélites planeados para estar en órbita por Mayo de 2020. Japón e India también van por buen camino con sus propios sistemas regionales, el sistema de satélites Quasi-Zenith (QZSS) y el sistema de navegación por satélite regional de la India (IRNSS), respectivamente.
Dispositivos GPS vs GNSS
Aunque el GPS es un subconjunto de GNSS, los receptores se diferencian como GPS (es decir, solo GPS) o GNSS. Un receptor GPS solo es capaz de leer información de satélites en la red de satélite GPS, mientras que el dispositivo GNSS típico puede recibir información tanto de GPS como de GLONASS (o más de estos dos sistemas) a la vez.
¿Qué son los dispositivos GNSS?
Un receptor GNSS tiene 60 satélites disponibles para su visualización. Si bien un dispositivo solo necesita tres satélites para determinar su ubicación, la precisión se mejora con una mayor cantidad de satélites. El cuadro a continuación muestra un ejemplo de la cantidad de satélites disponibles (mostrados en verde), junto con la intensidad de la señal (altura de la columna), para un receptor GPS. En este caso, están disponibles 12 satélites.

Un dispositivo GNSS puede ver más satélites, lo que ayuda a mejorar la precisión del dispositivo. En el cuadro a continuación, hay 17 satélites disponibles. Las barras verdes son parte del GPS y las barras azules son parte de GLONASS.

Un mayor número de satélites que proporcionan información a un receptor permite al dispositivo GPS calcular la ubicación con mayor precisión. Más satélites le dan a un dispositivo una mejor oportunidad de obtener una corrección posicional cuando el receptor ha calculado la ubicación del usuario.
Dicho esto, los receptores GNSS tienen algunos inconvenientes:
- El costo de los chips GNSS es más alto que el de los dispositivos GPS.
- GNSS usa un ancho de banda más amplio (1559-1610 MHz) que el GPS (1559-1591 MHz). Esto significa que los componentes de radiofrecuencia GPS estándar, como antenas, filtros y amplificadores, no se pueden usar para receptores GNSS, lo que genera un mayor impacto en los costos.
- El consumo de energía sería un poco más alto que con los receptores GPS, ya que se conecta a más satélites y ejecuta los cálculos para determinar la ubicación.
El futuro del GPS
Los países continúan construyendo y mejorando sus sistemas GPS. Se están realizando esfuerzos en todo el mundo para aumentar la precisión y mejorar la confiabilidad y las capacidades del GPS.
Por ejemplo:
- Se espera que los receptores GNSS se vuelvan más pequeños, más precisos y más eficientes, y la tecnología GNSS está configurada para penetrar incluso en las aplicaciones GPS más sensibles a los costos.
- Los científicos y los equipos de rescate están encontrando nuevas formas de utilizar la tecnología GPS en prevención de desastres naturales y análisis en caso de terremoto, erupción volcánica, sumidero o avalancha. Para la pandemia de COVID-19, los investigadores están considerando usar datos de ubicación del teléfono celular para ayudar con el rastreo de contactos para ralentizar la propagación del virus.
- El lanzamiento de nuevos Satélites GPS III refinará la precisión del GPS a 1-3 metros, mejorará las capacidades de navegación y los componentes de mayor duración a partir de 2023. Al transmitir en la señal civil L1C para la interoperabilidad con otros sistemas satelitales.
- La próxima generación de satélites GPS incluirá una mejor protección de la señal, menor susceptibilidad a interferencia de señal y más maniobrabilidad para cubrir zonas muertas.
- La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) El Reloj Atómico del Espacio Profundo está configurado en utilice un potente satélite GPS integrado para ayudar a proporcionar una mayor coherencia en el tiempo para los futuros astronautas que se embarquen en viajes al espacio profundo.
El futuro del rastreo por GPS probablemente será mucho más preciso y efectivo para uso personal y comercial.