El Global Positioning System o Sistema de Posicionament Global (més conegut amb les sigles GPS; el seu nom més correcte és NAVSTAR GPS) és un Sistema Global de Navegació per Satèl·lit el qual permet determinar en tot el món la posició d’un objecte, una persona, un vehicle o una nau, amb una precisió de fins a centímetres usant GPS diferencial, encara que d’habitual són uns deu-dotze metres. El sistema va ser desenvolupat i instal·lat, i actualment és operat, pel departament de Defensa dels Estats Units per poder guiar els míssils i les tropes.

El GPS funciona mitjançant una xarxa de 24 satèl·lits (21 operatius i 3 de suport) en òrbita sobre el globus a 20.200 km amb trajectòries sincronitzades per a cobrir tota la superfície de la terra. Quan es desitja determinar la posició, l’aparell que s’utilitza per a això localitza automàticament com a mínim quatre satèl·lits de la xarxa, dels quals rep uns senyals indicant la posició i el rellotge de cadascun d’ells. Sobre la base d’aquests senyals, l’aparell sincronitza el rellotge del GPS i calcula el temps que triga el senyal en anar i tornar del satèl·lit, és a dir, la distància al satèl·lit, ja que coneix la velocitat a la que es despassa el senyal. Per triangulació calcula la posició en la que aquest es troba l’aparell. La triangulació en el cas del GPS es basa a determinar la distància de cada satèl·lit respecte al punt de mesurament. Conegudes les distàncies, es determina fàcilment la pròpia posició relativa respecte als tres satèl·lits, quatre si també volem conèixer l’alçada a la que ens trobem. Coneixent a més les coordenades o posició de cadascun d’ells pel senyal que emeten, s’obté la posició absoluta o coordenades reals del punt de mesurament. També s’aconsegueix una exactitud extrema en el rellotge del GPS, similar a la dels rellotges atòmics que des de terra sincronitzen als satèl·lits.


L’antiga Unió Soviètica tenia un sistema similar anomenat GLONASS, ara gestionat per la Federació Russa.

Actualment la Unió Europea intenta llançar el seu propi sistema de posicionament per satèl·lit, denominat 'Galileu'.

Elements que ho componen

Sistema de satèl·lits: Està format per 24 unitats amb trajectòries sincronitzades per a cobrir tota la superfície del globus terraqui. Mes concretament, repartits en 6 plànols orbitals de 4 satèl·lits cadascun. L’energia elèctrica que requereixen per al seu funcionament l’adquireixen a partir de dos panells compostos de cèl·lules fotovoltaiques adossades als costats.

Estacions terrestres: envien informació de control als satèl·lits per a controlar les òrbites i realitzar el manteniment de tota la constel·lació.

Terminals receptors: que ens indica la posició en la qual estem, conegudes també com a unitats GPS, són les que podem adquirir en les botigues especialitzades.



Funcionament

La situació dels satèl·lits es coneguda pel receptor amb base en les efemèrides (5 paràmetres orbitals), paràmetres que són transmesos pels propis satèl·lits. La col·lecció de efemèrides de tota la constel·lació es completa cada 12 minuts i es guarda en el receptor GPS.

El receptor GPS funciona mesurant la seva distància dels satèl·lits, i usa aquesta informació per a calcular la seva posició. Aquesta distància es mesura calculant el temps que el senyal triga a arribar al receptor. Conegut aquest temps i basant-se en el fet que el senyal viatja a la velocitat de la llum (excepte algunes correccions que s' apliquen), es pot calcular la distància entre el receptor i el satèl·lit.

Cada satèl·lit indica que el receptor es troba en un punt en la superfície de l’esfera amb centre en el propi satèl·lit i de radi la distancia total al receptor i el satèl·lit.

Cada satèl·lit indica que el receptor es troba en un punt en la superfície de l’esfera amb centre en el propi satèl·lit i de ràdio la distància total fins al receptor.

Obtenint informació de dos satèl·lits sens indica que el receptor es troba sobre la circumferència que resulta quan s’intersectan les dues esferes.

Si adquirim la mateixa informació d’un tercer satèl·lit notem que la nova esfera solament talla el cercle anterior en dos punts. Un d’ells es pot descartar perquè ofereix una posició absurda.

D’aquesta manera ja tindríem la posició en 3-D. No obstant això, atès que el rellotge que incorporen els receptors GPS no està sincronitzat amb els rellotges atòmics dels satèl·lits GPS, els dos punts determinats no són precisos.

Tenint informació d’un quart satèl·lit, podem eliminar l’inconvenient de la falta de sincronització entre els rellotges dels receptors GPS i els rellotges dels satèl·lits. I és en aquest moment quan el receptor GPS pot determinar una posició 3-D exacta (latitud, longitud i altitud). AL no estar sincronitzats els rellotges entre el receptor i els satèl·lits, la intersecció de les quatre esferes amb centre en aquests satèl·lits és un petit volum en comptes de ser un punt. La correcció consisteix a ajustar l’hora del receptor de tal forma que aquest volum es transformi en un punt.

Fiabilitat de les dades

A causa del caràcter militar del sistema GPS, el Departament de Defensa dels EUA es reserva la possibilitat d’incloure un cert grau d’error aleatori que pot variar dels 15 als 100 m. La anomenada disponibilitat selectiva (S/A) va ser eliminada el 2 de maig de 2000.

. Encara que actualment no apliqui tal error induït, la precisió intrínseca del sistema GPS depèn del nombre de satèl·lits visibles en un moment i posició determinats. Sense aplicar cap tipus de correcció i amb vuit satèl·lits a la vista, la precisió és de 6 a 15 metres; però pot abstenir-se més precisió usant sistemes de correcció (Ej: DGPS)..

Fonts d’error

Fonts d’error / Efecte

Ionosfera ± 5 m
Efemèrides ± 2,5 m
Rellotge satel·lital ± 2 m
Distorsió multibanda ± 1 m
Troposfera ± 0,5 m
Errors numèrics ± 1 m o menys
Retard del senyal en la ionosfera i troposfera.
Senyal multirruta, produïda pel rebot del senyal en edificis i muntanyes propers.
Errors orbitals, on les dades de l’òrbita del satèl·lit no són completament precisos.
Nombre de satèl·lits visibles.
Geometria dels satèl·lits visibles.
Errors locals en el rellotge del GPS.


GPS diferencial

DGPS (Diferencial GPS) o GPS diferencial és un sistema que proporciona als receptors de GPS correccions a les dades rebudes dels satèl·lits GPS. Aquestes correccions, una vegada aplicades, proporcionen una major precisió en la posició calculada.
El sistema de correccions funciona de la següent manera:
Una estació base en terra, amb coordenades molt bé definides, escolta els satèl·lits GPS.
Calcula la seva posició per les dades rebudes dels satèl·lits.
Atès que la seva posició està ben definida, calcula l’error entre la seva posició veritable i la calculada, estimant l’error en cada satèl·lit.
S’envia aquestes correccions al receptor a través d’algun mitjà.
Existeixen diverses formes d’obtenir les correccions DGPS. Les més usades són:
Rebudes per ràdio a través d’algun canal preparat per a això, com el RDS en una emissora de FM.
Descarregades d’Internet amb una connexió sense fil.
Proporcionades per algun sistema de satèl·lits dissenyat per a tal efecte. En Estats Units existeix el WAAS, a Europa l' ÉS i a Japó el MSAS, tots compatibles entre si.

Perquè les correccions DGPS siguin vàlides, el receptor ha d’estar relativament prop d’alguna estació DGPS, generalment, a menys de 1.000 km.
La precisió assolida pot ser d’uns dos metres en latitud i longitud, i uns 3 m en altitud.



Vocabulari bàsic en GPS

BRG (Bearing): el rumb entre dos punts de passos intermedis (waypoints)
CMG (Course Made Good): rumb entre el punt de partida i la posició actual
EPE (Estimated Postion Error): marge d’error del receptor
ETE (Estimated Estafi Enroute): temps de viatge entre dos waypoints
DOP (Dilution Of Precisió): mesura la precisió de les coordenades obtingudes per GPS, segons la distribució dels satèl·lits, la seva disponibilitat...
ETA (Estimated Estafi to Arrival): temps estimat d’arribada a la destinació



Integració amb telefonia mòbil

Alguns telèfons mòbils poden vincular-se a un receptor GPS dissenyat a aquest efecte. Solen ser mòduls independents del telèfon que es comuniquen inalámbricament via bluetooth i que li proporcionen les dades de posicionament, els quals són interpretats per un programa de navegació


Aplicacions

Navegació terrestre, marítima i aèria. Bastants cotxes ho incorporen en l’actualitat, sent d’especial utilitat per a trobar adreces o indicar la situació a la grua.
Topografia i geodèsia. Localització agrícola (agricultura de precisió).
Salvament.
Esport, acampada i oci.
Per a malalts i discapacitats.
Aplicacions científiques en treballs de camp.
Geocaching, activitat consistent a buscar "tresors" amagats per altres usuaris.
Navegació Esportiva
Esports Aeris: Parapent, Aladelta, Planejadors, etc.

Per veure mes GPS clica aquí