Como funcionan los Sistemas GPS
Bases científicas del funcionamiento de los localizadores GPS
19-ago-2009 Ciro Canales del Razo
El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global, (también puede llamarse NAVSTAR-GPS1) es un Sistema Global de Navegación comprendido por un total de 27 satélites que giran alrededor del planeta y que proporcionan datos sobre la localización exacta de un punto sobre la superficie de la Tierra, estos satélites están colocados a una altitud aproximada a los 20,200 Km. sobre la superficie de la tierra y a una velocidad de 3.87 Km. sobre segundo, es decir 14,000 Km. por hora, estos satélites mandan señales de radio, realizando una comunicación unilateral a los equipos receptores ubicados en la superficie de la tierra.
Para una correcta localización de un punto en una esfera terrestre y que pueda arrojar datos de ubicación correcta en longitud, latitud y altitud se necesita que el equipo receptor capte la señal de radio de por lo menos cuatro satélites, así, teniendo en cuenta la hora de emisión y recepción de la señal y la velocidad de la misma, el equipo GPS receptor calcula la distancia que lo separa del satélite, después combinando los cálculos de los 4 satélites define de forma exacta su localización.
Por lo tanto, para calcular el tiempo, los satélites cuentan con relojes atómicos sumamente precisos y aunque los receptores GPS no disponen de este tipo de equipamiento, la señal enviada por los satélites se encarga de mantenerlos sincronizados y a la hora.
La teoría de la relatividad de Einstein
Dentro de la teoría de la relatividad general, Einstein comenta que el espacio y el tiempo se curvan por la presencia de la materia y el movimiento de la misma.
A grandes rasgos, lo que quiere decir en parte esta teoría, es que el tiempo puede ser más lento o más rápido dependiendo del lugar donde se encuentre, es decir, la diferencia del tiempo entre relojes ubicados en las distintas posiciones es (según la fórmula propuesta por Einstein en la teoría de la relatividad), que a menor atracción del campo gravitatorio, el tiempo transcurre más de prisa, lo que significa, que en cuanto más alejado del campo de gravedad terrestre se halle el reloj, mayor será su adelanto en el tiempo, con respecto a un reloj situado en la superficie de la Tierra.
Además, esta teoría también nos explica que un reloj en movimiento se atrasa con respecto a un reloj fijo, tanto, como más elevada es su velocidad.
La relatividad y su uso en los GPS
Los relojes de los satélites al desplazarse a una velocidad de 14.000 Km. por hora, y según la teoría de la relatividad, tendrían un atraso de 7 microsegundos, pero al estar a unos 20.000 Km. de la Tierra los relojes de los satélites se aceleran 45 microsegundos al día, con respecto a los de la superficie terrestre, por lo tanto, en total los relojes de los satélites se adelantan 38 microsegundos al día.
Según esta información, 38 microsegundos de adelanto al día no parece una cantidad considerable, pero esta diferencia acarrea un error de localización casi de 11 Km. en un solo día, un margen de error bastante elevado para un equipo de precisión, y con este margen de error, no tendría mucho caso su uso.
Por lo tanto, los satélites ubicados alrededor de la tierra, consideran la información proporcionada en la teoría de la relatividad de Einstein, calculando el adelanto en sus relojes y el tiempo que tarda la señal del satélite en llegar al receptor GPS, con esta información contemplada, se puede tener un equipo GPS de precisión, y se pueden establecer correctamente las coordenadas geográficas de su ubicación, así la teoría de la relatividad de Einstein es aplicable para este uso.
Para comentar
Uso de la tecnología GPS es de uso cada vez mas cotidiano, para infinidad de tareas, y en todos ellos, está considerada esta teoría para su correcto funcionamiento, así con las correcciones aportadas por la teoría de la relatividad, permiten que los cálculos realizados por los sistemas GPS nos logren ubicar con una precisión de hasta 5 metros en sistemas de uso común, conocidos como GPS navegadores, pero si es requerido, o en algunos casos puede llegar a ser milimétrica con los receptores adecuados.
Actualmente la tecnología de recepción de información de los satélites, en algunos casos combinada con sistemas de información geográfica (SIG´s) puede ser implementada en cualquier equipo o dispositivo móvil, desde teléfonos celulares o smartphones hasta chips receptores que pueden ser implantados en capsulas milimétricas bajo la piel de las personas, por lo tanto, su uso se ha diversificado, desde la seguridad y localización de personas o vehículos, o hasta el estudio de la conducta animal, o la geología entre otros muchos usos.
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