La última vez que utilizó su teléfono para que Google Maps señalara su ubicación exacta en un mapa, ¿se detuvo alguna vez a preguntarse cómo funciona el GPS con tanta precisión?
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) fue lanzado en realidad por el Departamento de Defensa de Estados Unidos en 1973 (conocido como NAVSTAR). En 1993, había 24 satélites GPS orbitando la Tierra y emitiendo datos orbitales y de posición que los militares podían utilizar para la navegación y otros fines militares. Hoy en día, en el momento de escribir este artículo, hay 28.
En la década de 1980, los datos transmitidos desde los satélites GPS se abrieron al público, lo que abrió todo un mercado para el amplio surtido de dispositivos de navegación GPS que tenemos hoy en día.
En el momento de escribir este artículo, Rusia, China, Europa e India tienen sus propios sistemas GPS activos. Japón está desarrollando su propio sistema GPS, que estará operativo en 2023.
¿Cómo funciona el GPS?
Aunque la tecnología de satélites en la que se basa el GPS es muy avanzada, el funcionamiento del sistema es impresionantemente sencillo.
Cualquier sistema de navegación GPS individual tiene tres componentes.
- Satélites: Los satélites del GPS orbitan alrededor de la Tierra y transmiten su hora actual y su posición orbital a todos los receptores del GPS en su lado del planeta.
- Centro de mando: El centro de mando transmite datos orbitales, correcciones de tiempo y la posición orbital de otros satélites hasta los satélites en órbita.
- Receptores GPS: Un receptor GPS en la Tierra recibe los tiempos orbitales de otros tantos satélites dentro de su alcance, y calcula su propia posición en la Tierra basándose en las posiciones de al menos cuatro satélites GPS.
Los receptores GPS utilizan un principio matemático conocido como triangulación para calcular su propia ubicación.
Cómo funciona la triangulación del GPS
Desde cualquier punto del planeta, si tiene un receptor GPS (como el de su teléfono), un receptor GPS recibe las marcas de tiempo de los relojes sincronizados de cada uno de los satélites GPS que se encuentran sobre su cabeza.
Usando las diferencias en las marcas de tiempo, y la velocidad constante de la luz a la que viajan las ondas de radio, el receptor GPS puede determinar la distancia entre el lugar donde se encuentra y cada satélite.
Esto proporciona al receptor GPS el radio de las esferas con los satélites en el centro, y su ubicación en el borde de la esfera.
Dado que cada satélite viaja en una órbita predecible sobre la tierra, el receptor puede utilizar un almanaque almacenado de la posición actual conocida de todos los satélites GPS para determinar dónde, aproximadamente, se encuentran actualmente esos satélites sobre la tierra.
Con la posición conocida de cada satélite, y la distancia medida entre esos satélites y su posición, su receptor GPS es capaz de calcular su ubicación aproximada determinando dónde se encuentra la intersección de esas tres esferas en la superficie de la Tierra.
El receptor entonces le muestra esa ubicación en un mapa.
Tres satélites proporcionan una ubicación aproximada, y los receptores GPS requieren una cuarta señal de otro satélite GPS para determinar su altitud actual en la superficie de la Tierra utilizando otro principio matemático conocido como trilateración.
Cómo funciona el sensor GPS de su teléfono
La mayoría de los smartphones modernos actuales vienen equipados con un chip receptor GPS. Este chip puede recibir las señales de radio de los satélites GPS.
El reloj de su teléfono no es un reloj atómico, por lo que su hora no está sincronizada con los relojes atómicos de los satélites en órbita. Sin embargo, esto no importa cuando se trata de calcular la ubicación utilizando las señales de esos satélites.
Esto se debe a que el receptor GPS del teléfono se centra en los datos que recibe de los satélites y en una base de datos de ubicaciones de satélites conocidas sobre la Tierra. Como todos los satélites tienen un reloj atómico, la hora actual de cada satélite es exactamente la misma en cualquier momento.
Sin embargo, debido a la distancia del satélite y al hecho de que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, las diferencias entre cada marca de tiempo recibida revelan la distancia entre su teléfono y cada uno de los satélites.
Así es como funciona este proceso del GPS:
- Los cuatro satélites transmiten la misma marca de tiempo exacta a su teléfono a las 5:12:14 PM.
- Su teléfono recibe esa marca de tiempo a las 5:12:15 del satélite 1.
- Recibe la marca de tiempo a las 5:12:16 del satélite 2.
- Por último, a las 5:12:17, recibe la marca de tiempo del satélite 3.
Esto le dice a su receptor GPS que la señal de radio tardó 1 segundo en llegar desde el satélite 1, 2 segundos desde el satélite 2 y 3 segundos desde el satélite 3.
La velocidad de la luz es una constante conocida de 299.792.458 metros por segundo.
Usando matemáticas sencillas, el receptor puede calcular que su distancia es de aproximadamente 300 mil metros desde el satélite 1, 600 mil metros desde el satélite 2 y 900 mil metros desde el satélite 3.
Usando una tabla de búsqueda de una base de datos de satélites GPS, el receptor GPS de su teléfono conoce la ubicación actual aproximada sobre la tierra de los tres satélites, que proporciona las coordenadas de longitud y latitud de los tres.
Con esa información, el teléfono puede calcular sus propias coordenadas de longitud y latitud sobre la Tierra.
Usando sus coordenadas conocidas, el receptor GPS puede utilizar la distancia medida entre él mismo y un cuarto satélite para determinar a qué altitud sobre la Tierra se encuentra.
¿Qué es un sistema de posicionamiento global asistido?
Antes de que los teléfonos inteligentes empezaran a integrar circuitos GPS, la gente solía utilizar receptores GPS de mano que funcionaban con pilas AA. O instalaban unidades GPS en los coches, que funcionaban conectadas a la batería del teléfono.
Esto se debía a que la comunicación por radio requiere más energía. La limitación de esto es que a menudo había que esperar varios minutos para que el receptor GPS «fijara» suficientes satélites GPS para calcular la posición.
Los fabricantes de teléfonos inteligentes sortearon esta limitación de la batería combinando su tecnología existente de triangulación celular. Mucho antes de que los teléfonos estuvieran habilitados para GPS, podían utilizar las señales procedentes de las torres de telefonía móvil para triangular su posición, utilizando el mismo tipo de tecnología de triangulación de tiempo y distancia que con los satélites GPS.
Desgraciadamente, como las torres de telefonía móvil están a nivel del suelo, este cálculo de navegación es mucho menos preciso. Por ello, el software del GPS de su smartphone utilizará primero la triangulación de la señal celular para determinar su posición aproximada y, a continuación, actualizará esa posición una vez que los datos del GPS por satélite estén listos.
Esto permite que los smartphones modernos reserven energía de la batería utilizando los datos del GPS sólo cuando se requieran esas actualizaciones de ubicación. Por eso, a menudo puede ver que su ubicación en Google Maps salta ocasionalmente a una nueva ubicación cuando hay datos más precisos disponibles.