El Global Positioning System o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS; su nombre más correcto es NAVSTAR GPS) es un Sistema Global de Navegación por Satélite el cual permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión de hasta centímetros usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos diez-doce metros de error. El sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el departamento de Defensa de los Estados Unidos para poder guiar los misiles y las tropas.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites (21 operativos y 3 de apoyo) en órbita sobre el globo a 20.200 km con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la tierra. Cuando se desea determinar la posición, el aparato que se utiliza localiza automáticamente como mínimo cuatro satélites de la red, de los cuales recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Bajo la base de estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tarda la señal al ir y volver del satélite, es decir, la distancia al satélite, puesto que conoce la velocidad a la que se despaza la señal. Por triangulación calcula la posición en la que éste se encuentra. La triangulación en el caso del GPS se basa a determinar la distancia de cada satélite respeto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respeto a los tres satélites, cuatro si también queremos conocer la altura a la que nos encontramos. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que desde tierra sincronizan a los satélites.

La antigua Unión Soviética tenia un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.

Actualmente la Unión Europea intenta lanzar su propio sistema de posicionamiento por satélite, llamado 'Galileo'.

Elementos que lo componen

Sistema de satélites: Está formato por 24 unidades con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo terraqueo. Mas concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de células fotovoltaicas adosadas a los lados.

Estaciones terrestres: envían información de control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación.

Terminales receptoras: que nos indican la posición en la que estamos, conocidas también como unidades GPS, son las que podemos adquirir en las tiendas especializadas.



Funcionamiento

La situación de los satélites es conocida por el receptor con base en las efemérides (5 parámetros orbitales), parámetros que son transmitidos por los propios satélites. La colección de efemérides de toda la constelación se completa cada 12 minutos y se guarda en el receptor GPS.



El receptor GPS funciona midiendo su distancia respecto a la de los satélites, y usa esta información para calcular su posición. Esta distancia se mide calculando el tiempo que la señal tarda en llegar al receptor. Conocido este tiempo y basándose en el hecho que la señal viaja a la velocidad de la luz (excepto algunas correcciones que se aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite.

Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera con centro en el propio satélite y de radio la distancia total entre el receptor y el satélite.

Obteniendo información de dos satélites nos indica que el receptor se encuentra sobre la circunferencia que resulta cuando intersectan las dos esferas.

Si adquirimos la misma información de un tercer satélite notamos que la nueva esfera solamente corta el círculo anterior en dos puntos. Uno de ellos se puede descartar porque ofrece una posición absurda.

De esta manera ya tendríamos la posición en 3-D. Sin embargo, dado que el reloj que incorporan los receptores GPS no está sincronizado con los relojes atómicos de los satélites GPS, los dos puntos determinados no son precisos.

Teniendo información de un cuarto satélite, podemos eliminar el inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3-D exacta (latitud, longitud y altitud). AL no estar sincronizados los relojes entre el receptor y los satélites, la intersección de las cuatro esferas con centro en estos satélites es un pequeño volumen en vez de ser un punto. La corrección consiste a ajustar la hora del receptor de tal forma que este volumen se transforme en un punto.

Fiabilidad de los datos

Debido al carácter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensa de los E.E.U.U. se reserva la posibilitado de incluir un cierto grado de error aleatorio que puede variar de los 15 a los 100 m. La denominada disponibilidad selectiva (S/A) fue eliminada el 2 de mayo de 2000.

Aunque actualmente no aplique tal error inducido, la precisión intrínseca del sistema GPS depende del número de satélites visibles en un momento y posición determinados. Sin aplicar ningún tipo de corrección y con ocho satélites a la vista, la precisión es de 6 a 15 metros; pero puede obstenerse más precisión usando sistemas de corrección (Ej.: DGPS)..

Fuentes de error

Fuentes de error / Efecto

Ionosfera ± 5 m
Efemérides ± 2,5 m
Reloj satelital ± 2 m
Distorsión multibanda ± 1 m
Troposfera ± 0,5 m
Errores numéricos ± 1 m o menos
Retraso de la señal en la ionosfera y troposfera.
Señal multiruta, producida por el rebote de la señal en edificios y montañas cercanas.
Errores orbitals, donde les datos de la orbita del satélite no son completamente precisos.
Numero de satélites visibles.
Geometría de los satèlites visibles.
Errores locales en el relojes del GPS.


GPS diferencial

DGPS (Diferencial GPS) o GPS diferencial es un sistema que proporciona a los receptores de GPS correcciones a los datos recibidos de los satélites GPS. Estas correcciones, una vez aplicadas, proporcionan una mayor precisión en la posición calculada.

El sistema de correcciones funciona de la siguiente manera:

Una estación base en tierra, con coordenadas muy bien definidas, escucha los satélites GPS.

Calcula su posición por los datos recibidos de los satélites.

Dado que su posición está bien definida, calcula le error entre su posición verdadera y la calculada, estimando le error en cada satélite.

Se envía estas correcciones al receptor a través de algún medio.

Existen diversas formas de obtener las correcciones DGPS. Las más usadas son:

Recibidos por radio a través de algún canal preparado para ello, como el RDS en una emisora de FM.

Descargadas de Internet con una conexión inalámbrica.

Proporcionadas por algún sistema de satélites diseñado para tal efecto. En Estados Unidos existe el *WAAS, en Europa el ES y en Japón el MSAS, todos compatibles entre sí.



Para que las correcciones DGPS sean válidas, el receptor ha de estar relativamente cerca de alguna estación DGPS, generalmente, a menos de 1.000 km.

La precisión lograda puede serde unos dos metros en latitud y longitud, y unos 3 m en altitud

Vocabulario básico en GPS

BRG (Bearing): el rumbo entre dos puntos de pasos intermedios (waypoints)
CMG (Course Made Good): rumbo entre el punto de partida y la posición actual
EPE (Estimated Postion Error): margen de error del receptor
ETE (Estimated Estafi Enroute): tiempo de viaje entre dos waypoints
DOP (Dilution Of Precisió): mide la precisión de las coordenadas obtenidas por el GPS, según la distribución de los satélites, su disponivilidad...
ETA (Estimated Estafi to Arrival): tiempo estimado de llegada a la destinación



Integración con la telefonía móvil

Algunos teléfonos móviles pueden vincularse a un receptor GPS diseñado a tal efecto. Suelen ser módulos independientes del teléfono que se comunican inalámbricamente vía bluetooth y que le proporcionan los datos de posicionamiento, los cuales son interpretados por un programa de navegación

Aplicaciones

Navegación terrestre, marítima y aérea. Bastantes coches lo incorporan en la actualidad, siendo de especial utilidad para encontrar direcciones o indicar la situación a la grúa.

Topografía y geodesia. Localización agrícola (agricultura de precisión).

Salvamento.

Deporte, acampada y ocio.

Para enfermos y discapacitados.

Aplicaciones científicas en trabajos de campo.

Geocaching, actividad consistente a buscar "tesoros" escondidos por otros usuarios.

Navegación Deportiva

Deportes aéreos: Parapente, Ala delta, planeadores, etc.

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