GPS Cómo Funciona
Principio Básico de funcionamiento sistema GPS
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El sistema GPS funciona en base al tiempo que tarda en llegar la señal emitida por el satélite hasta el aparato receptor. Para interpretar este dato el satélite utiliza una señal modulación digital llamada pseudo aleatorio, que tiene una frecuencia exacta, con lo cual podemos saber en que parte de la secuencia se toman los datos para deducir en qué momento empezó.
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Si sabemos el momento exacto en que emite la señal el satélite y el momento en que el aparato la recibe, se registra el tiempo que tarda en llegar. Esa distancia, la que determina esa señal en ese tiempo, genera una esfera con todos los puntos que reciben la señal en ese tiempo.
El sistema funciona en base al tiempo haciendo la intersección de dos esferas producto de la señal de sendos satélites se obtienen todos los puntos comunes a ambas, se genera un círculo de posición, que es donde se superponen las dos esferas que tarda en llegar la señal emitida por el satélite hasta el aparato receptor. Para interpretar este dato el satélite utiliza una señal llamada pseudo aleatoria como muestra la figura.
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Si agregamos una esfera más obtenemos sólo dos posiciones comunes a las tres señales. Al tratarse de distancias tan grandes uno de los puntos se puede descartar porque con seguridad está fuera de la tierra.
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Conocimiento exacto del momento de recepción de los datos
Todas las señales emitidas son ondas electromagnética que se desplazan a 300.000 Km. por segundo, por lo que interpretar diferencias de tiempo a esa velocidad implica trabajar con un reloj que pueda detectar diferencias de tiempo en cien millonésimas partes de un segundo.
Los satélites tienen incorporado un reloj atómico con capacidad de interpretar esas diferencias de tiempo pero en los receptores, que deben interpretar a qué hora reciben la señal, deberían ser del tamaño de un televisor de 17 pulgadas y de un costo elevado.
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Forma de determinar la posición
Si no conocemos con precisión las distancias a los puntos pero agregamos un tercer punto más, el resultado va a ser un triángulo cuando la posición debería ser un punto ya que el objeto está en un único lugar.
Si vamos modificando las distancias en mismas proporciones sobre las medidas y probamos, si el triángulo se agranda es que estoy empeorando el error si se achica es la corrección en la dirección correcta, por prueba y error se verificad distintas correcciones hasta que se superponen los vértices del triángulo y se transforma en un punto, en ese momento conocemos la distancia real sin errores de las referencias, pues con esa corrección logramos que la posición sea un punto.
El GPS hace lo mismo, con un cuarto satélite toma una nueva posición y no coincide con los tres primeros, superpone las cuatro mediciones y prueba si no coinciden agranda los tiempos o los reduce hasta conseguir una coincidencia. Cuando logra hacer coincidir las esferas de los cuatro satélites establece que es la hora exacta de recepción. Si observamos el GPS, con tres satélites comienza a establecer posición, debe estar utilizando como cuarta esfera la superficie de la tierra, considerando que hay un Map Datum que supone una superficie perfecta, en este caso da posición en 2D (dos dimensiones), con el cuarto satélite se independiza de la tierra y puede dar posición en las tres dimensiones.
Con cuatro únicos satélites tampoco podemos asegurar que los datos son los correctos, puede haber una señal falsa producto de un rebote, lo que genera un falso dato de distancia ya que utilizó más tiempo en recorrer el espacio entre el satélite y el receptor. Hay una función que determina con que error puede estar trabajando y es el EPE (error de posición estimado); con cuatro satélites da el EPE máximo, no puede establecer en qué forma está recibiendo las cuatro señales. Con un quinto satélite comienza a tener una estimación de su error en base a la distancia que medien entre las posiciones obtenidas con distintos satélites.