Definición de GNSS (Sistema Mundial de Navegación por Satélite)
Los Sistemas Mundiales de Navegación por Satélite (GNSS) permiten a los pequeños dispositivos electrónicos determinar su ubicación (Longitud, Latitud y Altitud) así como la hora con una precisión de hasta unos pocos centímetros utilizando señales de tiempo transmitidas a lo largo de una línea de visión por radio desde los satélites. Los receptores en tierra con una posición fija también pueden utilizarse para calcular el tiempo preciso como referencia para los experimentos científicos.
Además de proporcionar información sobre la ubicación y la hora, los sistemas GNSS son utilizados en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, en la navegación marítima, los barcos utilizan los datos de GNSS para determinar su posición y planificar rutas de navegación. Esto es especialmente útil en áreas donde la visibilidad es limitada o en condiciones climáticas adversas.
En la aviación, los sistemas GNSS desempeñan un papel crucial en la navegación aérea. Los aviones utilizan el GPS (Sistema de Posicionamiento Global) para determinar su ubicación exacta, lo que ayuda a los pilotos a seguir rutas precisas y a evitar colisiones con otros aviones.
Los sistemas GNSS también son ampliamente utilizados en la agricultura de precisión. Los agricultores pueden utilizar esta tecnología para optimizar el uso de pesticidas, fertilizantes y recursos hídricos, garantizando así una producción más eficiente y sostenible. Además, los sistemas GNSS permiten a los agricultores controlar la ubicación y el rendimiento de sus maquinarias agrícolas, lo que aumenta la productividad y reduce los costos.
En el campo de la seguridad y el rescate, los sistemas GNSS son indispensables. Los servicios de emergencia utilizan esta tecnología para localizar y rescatar personas en situaciones de peligro, como montañistas perdidos o barcos en apuros. La precisión de los sistemas GNSS permite una respuesta rápida y efectiva en situaciones de emergencia, salvando vidas y minimizando los riesgos.
En resumen, los sistemas GNSS no solo proporcionan información sobre la ubicación y la hora, sino que también son fundamentales en una amplia gama de aplicaciones, desde la navegación marítima y aérea, hasta la agricultura de precisión y la seguridad y el rescate. Su precisión y confiabilidad los convierten en una herramienta imprescindible en muchas industrias y sectores.
Sistemas de navegación por satélite
Los siguientes sistemas se conocen colectivamente como Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS).
GPS
El sistema de navegación por satélite más utilizado es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos, desarrollado para uso militar pero ampliamente utilizado en aplicaciones civiles. Consiste en 29 satélites en estado de plena capacidad operativa (FOC) que orbitan en seis planos diferentes. El número exacto de satélites varía ya que los satélites se reponen cuando los más antiguos se retiran. Orbitan a una altitud de aproximadamente 20.000 km con una inclinación de 55 grados, haciendo una órbita completa en aproximadamente 11 horas, 58 minutos. Todos los satélites son de doble frecuencia y se emiten en L1 y L2 utilizando modulación de espectro ensanchado. Los satélites son rastreados por una red mundial de estaciones de vigilancia. Los datos de rastreo se envían a una estación de control maestra que actualiza continuamente las estimaciones de posición y reloj de cada satélite. Los datos actualizados son entonces conectados al satélite a través de una de varias antenas terrestres.
GLONASS
La contraparte rusa del GPS se llama GLONASS y fue usado como respaldo por algunos receptores comerciales de GPS. En 2006, hay 114 satélites declarados operativos. Están organizados en tres planos orbitales con una inclinación de 64,8 grados. Hacen una órbita completa en aproximadamente 11 horas, 15,5 minutos. Todos los satélites emiten señales L1 y L2 en canales de frecuencia única, está prevista la transmisión de una señal L3.
Galileo
La Unión Europea y la Agencia Espacial Europea acordaron en marzo de 2002 introducir su propia alternativa al GPS, llamada Galileo, desarrollada por el consorcio internacional Galileo Industries. Con un costo de unos 2.500 millones de dólares, los satélites necesarios se lanzarán entre 2006 y 2008 y el sistema funcionará, bajo control civil, a partir de 2011 (tres años más tarde de lo previsto originalmente). El primer satélite se lanzó en realidad el 28 de diciembre de 2005. Se espera que Galileo sea compatible con el sistema GPS de próxima generación que estará en funcionamiento en 2012. Los receptores podrán combinar las señales de 30 satélites Galileo y 28 GPS para aumentar considerablemente la precisión. Los satélites de Galileo se organizarán en tres planos orbitales con una inclinación de 56 grados, haciendo una órbita completa en aproximadamente 14 horas.
En 2007 se registraron graves retrasos. El Ministro de Transporte alemán, Wolfgang Tiefensee, hablando en nombre de la UE, dijo: "Galileo está atravesando una profunda y grave crisis.... Estamos en un callejón sin salida. El problema cardinal es que las empresas aún no han podido ponerse de acuerdo sobre el camino a seguir. Tenemos que encontrar una solución alternativa". El consorcio está formado por las principales empresas aeroespaciales y de telecomunicaciones: EADS, Thales, Inmarsat, Alcatel-Lucent, Finmeccanica, AENA, Hispasat, y TeleOp.[1]
SBAS
Los Sistemas de Aumento Basados en Satélites (SBAS) consisten en tres sistemas diferentes:
- Sistema de aumento de área amplia (WAAS)
- Servicio de Superposición de Navegación Geoestacionaria Europea (EGNOS)
- Sistema de aumento satelital multifuncional (MSAS)
Estos sistemas proporcionan señales, que pueden ser utilizadas por receptores similares a las señales diferenciales del GPS para mejorar la precisión de la posición determinada. El WAAS es operado por los Estados Unidos, el EGNOS por la Agencia Espacial Europea, la Comisión Europea y el EUROCONTROL y el MSAS por el Japón y varios otros países asiáticos. Todas las señales del SBAS son totalmente compatibles entre sí, proporcionando una red mundial de datos correctivos para los receptores.
Beidou
China ha comenzado a lanzar una serie de satélites destinados a formar un sistema llamado sistema de navegación Beidou.
Historia y teoría
Uno de los primeros predecesores fueron los sistemas terrestres LORAN y Omega, que utilizaron transmisores de radio de onda larga terrestres en lugar de satélites. Estos sistemas transmitían un pulso de radio desde una ubicación "maestra" conocida, seguido de pulsos repetidos desde una serie de estaciones "esclavas". El retraso entre la recepción y el envío de la señal en las esclavas se controlaba cuidadosamente, permitiendo a los receptores comparar el retraso entre la recepción y el retraso entre el envío. A partir de esto se pudo determinar la distancia a cada uno de los esclavos, proporcionando una solución.
El primer sistema de navegación por satélite fue el Transit, un sistema desplegado por el ejército de los EE.UU. en la década de 1960. El funcionamiento de Transit se basaba en el efecto Doppler: los satélites viajaban por caminos conocidos y transmitían sus señales en una frecuencia conocida. La frecuencia de recepción diferirá ligeramente de la de emisión debido al movimiento del satélite con respecto al receptor. Mediante la vigilancia de este desplazamiento de frecuencia en un breve intervalo de tiempo, el receptor puede determinar su ubicación a un lado u otro del satélite, y varias de esas mediciones combinadas con un conocimiento preciso de la órbita del satélite pueden fijar una posición determinada.
Parte de la emisión de un satélite en órbita incluía sus datos orbitales precisos. Para asegurar la precisión, el Observatorio Naval de los EE.UU. (USNO) observó continuamente las órbitas precisas de estos satélites. Cuando la órbita de un satélite se desviaba, el USNO enviaba la información actualizada al satélite. Las transmisiones posteriores de un satélite actualizado contendrían la información precisa más reciente sobre su órbita.
Los sistemas modernos son más directos. El satélite emite una señal que contiene la posición del satélite y el momento preciso en que la señal fue transmitida. La posición del satélite se transmite en un mensaje de datos que se superpone a un código que sirve como referencia temporal. El satélite utiliza un reloj atómico para mantener la sincronización de todos los satélites de la constelación. El receptor compara la hora de emisión codificada en la transmisión con la hora de recepción medida por un reloj interno, midiendo así el tiempo de vuelo hacia el satélite. Se pueden hacer varias de esas mediciones al mismo tiempo a diferentes satélites, lo que permite generar una fijación continua en tiempo real.
Cada medición de distancia, independientemente del sistema que se utilice, coloca el receptor en una concha esférica a la distancia medida del emisor. Al tomar varias de estas mediciones y luego buscar un punto en el que se encuentren, se genera una fijación. Sin embargo, en el caso de los receptores de movimiento rápido, la posición de la señal se mueve a medida que se reciben las señales de varios satélites. Además, las señales de radio se desaceleran ligeramente a medida que pasan a través de la ionosfera, y esta desaceleración varía con el ángulo del receptor con respecto al satélite, porque eso cambia la distancia a través de la ionosfera. Así pues, el cálculo básico intenta encontrar la línea dirigida más corta tangente a cuatro conchas esféricas oblicuas centradas en cuatro satélites. Los receptores de navegación por satélite reducen los errores utilizando combinaciones de señales de múltiples satélites y múltiples correladores, y luego utilizando técnicas como el filtrado Kalman para combinar los datos ruidosos, parciales y en constante cambio en una sola estimación de la posición, el tiempo y la velocidad.
Usos civiles y militares
La motivación original para la navegación por satélite fue para aplicaciones militares. La navegación por satélite permite una precisión hasta ahora imposible en la entrega de armas a los objetivos, aumentando enormemente su letalidad y reduciendo las bajas involuntarias por armas mal dirigidas. (Véase Munición guiada de precisión). La navegación por satélite también permite dirigir las fuerzas y localizarlas más fácilmente, reduciendo la "niebla de la guerra".
De esta manera, la navegación por satélite puede considerarse como un multiplicador de fuerzas. En particular, la capacidad de reducir las bajas no intencionadas tiene ventajas particulares para las guerras que se libran en las democracias, en las que las relaciones públicas son un aspecto importante de la guerra. Por estas razones, un sistema de navegación por satélite es un activo esencial para cualquier aspirante a potencia militar.
Los sistemas de navegación por satélite tienen una amplia variedad de usos civiles:
- la navegación, que van desde los dispositivos personales de mano para el trekking, hasta los dispositivos instalados en coches, camiones, barcos y aviones
- sincronización
- servicios basados en la localización, como el 911 mejorado
- de encuestas
- Introducción de datos en un sistema de información geográfica
- búsqueda y rescate
- Ciencias Geofísicas
- Los dispositivos de rastreo utilizados en la gestión de la vida silvestre
- Juegos de búsqueda de tesoros como Geocaching y Whereigo
Obsérvese que la capacidad de suministrar señales de navegación por satélite es también la capacidad de negar su disponibilidad. El operador de un sistema de navegación por satélite tiene potencialmente la capacidad de degradar o eliminar los servicios de navegación por satélite en cualquier territorio que desee. Así pues, a medida que la navegación por satélite se convierte en un servicio esencial, los países que no tienen sus propios sistemas de navegación por satélite se convierten efectivamente en Estados clientes de los que suministran esos servicios.
Lo mismo se aplica al uso de bombas inteligentes: el operador de un sistema de navegación por satélite puede degradar efectivamente el rendimiento de las bombas inteligentes que están siendo utilizadas por otros Estados que usan su sistema de navegación por satélite al de las bombas de gravedad, o incluso compensarlas con respecto a sus objetivos de manera que queden inutilizadas.
Resumen: GNSS
GNSS permiten a dispositivos pequeños determinar su ubicación y hora con precisión, usando señales de satélite. También son usados como referencia en experimentos científicos.
¿Cuáles son los principales sistemas GNSS utilizados actualmente?
Los sistemas GNSS más utilizados en la actualidad son el GPS (Sistema de Posicionamiento Global), GLONASS (Sistema de Navegación Global por Satélite) y Galileo (Sistema de Navegación por Satélite de la Unión Europea). Cada uno de estos sistemas cuenta con una constelación de satélites que emiten señales para que los receptores en tierra determinen su ubicación.
¿Qué dispositivos pueden utilizar GNSS para determinar su ubicación?
Los dispositivos como los teléfonos móviles, tablets, relojes inteligentes y sistemas de navegación de vehículos suelen contar con GNSS incorporado para determinar su ubicación de manera precisa. También se pueden encontrar receptores GNSS externos que se conectan a otros dispositivos electrónicos para permitirles determinar su ubicación.
¿Qué tipo de precisión se puede alcanzar utilizando GNSS?
Los sistemas GNSS permiten alcanzar una precisión de hasta pocos centímetros en la determinación de la ubicación. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la precisión puede ser afectada por diversos factores, como la interferencia de señales, la obstrucción de satélites o la calidad del receptor utilizado. En condiciones óptimas, se puede obtener una precisión excelente.
¿Pueden los receptores GNSS determinar la altitud además de la latitud y longitud?
Sí, los receptores GNSS también pueden determinar la altitud junto con la latitud y longitud. Esto se logra gracias a que los satélites GNSS transmiten señales de tiempo, las cuales permiten calcular la distancia entre el receptor y los satélites. Utilizando una técnica llamada trilateración, es posible determinar la ubicación tridimensional del receptor, es decir, su latitud, longitud y altitud.
¿Puedo utilizar un receptor GNSS en movimiento o solo funciona en una posición fija?
Los receptores GNSS pueden utilizarse tanto en movimiento como en posición fija. De hecho, la tecnología GNSS fue diseñada originalmente para su uso en sistemas de navegación, por lo que es común encontrarla en dispositivos móviles y vehículos. Los receptores GNSS en movimiento utilizan señales de varios satélites para determinar la ubicación en tiempo real mientras el dispositivo se desplaza.
¿Los sistemas GNSS pueden utilizarse para propósitos científicos?
Sí, los sistemas GNSS también pueden utilizarse con fines científicos. En experimentos científicos, los receptores GNSS con posición fija pueden utilizarse para calcular el tiempo preciso y utilizarlo como referencia. Además, la precisión de los sistemas GNSS ha permitido llevar a cabo investigaciones en distintas áreas, como el estudio de los movimientos de placas tectónicas, cambio climático y la medición de deformaciones en la superficie terrestre.
Autor: Leandro Alegsa
Actualizado: 01-08-2023
¿Cómo citar este artículo?
Alegsa, Leandro. (2023). Definición de GNSS. Recuperado de https://www.alegsa.com.ar/Dic/gnss.php
