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• Toni Martínez

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Grupo de Rescate Valencia

REPUBLICA BOLIVARIANAGlobal DE VENEZUELA Positioning System (GPS)

GRUPO DE RESCATE VALENCIA

DEPARTAMENTO SELECCIÓN Y ADIESTRAMIENTO

Instructor: (T-SAR) Juan J. Barradas G.

Urbanización la Isabelica, Sector 13, Complejo Polideportivo Batalla de Carabobo. Valencia – Edo. Carabobo. / Telf.: (0241) 833 84 78 / E-Mail: [email protected] Página 1 de 8

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Global Positioning System (GPS)

¿QUÉ ES EL GPS? El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS, aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS) es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros, usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros. Aunque su invención se atribuye a los gobiernos francés y belga, el sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

Constelación de Satélites NAVSTAR-GPS

Satélite de la Red NAVSTAR-GPS

Magellan Colortrak

Garmin 12CX

Garmin GPS 48

Magellan Tracker

Garmin Etrex

Garmin GPS II+

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HISTORIA DEL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS) En 1957 la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I, que era monitorizado mediante la observación del Efecto “Doppler” de la señal que transmitía. Debido a este hecho, se comenzó a pensar que, de igual modo, la posición de un observador podría ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una señal transmitida por un satélite cuya órbita estuviera determinada con precisión.

Efecto Doppler

La marina estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología, para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas de observaciones de posiciones actualizadas y precisas. Así surgió el sistema TRANSIT, que quedó operativo en 1964, y hacia 1967 estuvo disponible, además, para uso comercial. Las actualizaciones de posición, en ese entonces, se encontraban disponibles cada 40 minutos y el observador debía permanecer casi estático para poder obtener información adecuada. Posteriormente, en esa misma década y gracias al desarrollo de los relojes atómicos, se diseñó una constelación de satélites, portando cada uno de ellos uno de estos relojes y estando todos sincronizados con base a una referencia de tiempo determinada. En 1973 se combinaron los programas de la Marina de EE.UU. y el de la USAF (este último consistente en una técnica de transmisión codificada que proveía datos precisos usando una señal modulada con un código de sonidos pseudo-aleatorios (PRN = Pseudo-Random Noise), en lo que se conoció como Navigation Technology Program, posteriormente renombrado como NAVSTAR GPS. Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual, a la que se declaró con «capacidad operacional inicial» en diciembre de 1993 y con «capacidad operacional total» en abril de 1995. El 01 de Septiembre de 1983, el vuelo civil número KE007 de Korean Airlines, un Boeing 747-200 con 269 personas a bordo, fue derribado por la Unión Soviética al invadir por error su espacio aéreo. Ello llevó a la administración del Presidente Ronald Reagan a ofrecer a los usuarios civiles cierto nivel de uso de GPS, llegando finalmente a ceder el uso global y sin restricciones temporales, de esta forma se conseguía un retorno a la economía de los EE.UU. inimaginables unos años atrás. Además suponía un gran liderazgo tecnológico originando un vertiginoso mercado de aplicaciones. ESTRUCTURA TÉCNICA DEL SISTEMA GLOBAL DE NAVEGACIÓN Este Sistema Global de Navegación por Satélite lo componen -

Sistema de satélites: Está formado por 24 unidades con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo terráqueo. Más 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

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paneles compuestos de celdas solares adosados a sus costados. Características: Satélites en la constelación: 24 (4 X 6 órbitas) Altitud: 20.200 km Período: 11 h 56 min Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre). Vida útil: 7,5 años -

Estaciones terrestres: Envían información de control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación. Características: Estación principal: 1 Antena de tierra: 4 Estación monitora (de seguimiento): 5 Señal: RF Frecuencia portadora:
Civil - 1 575.42 MHz (L1): Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa
Militar – 1227.60 MHz (L2): Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado. Nivel de potencia de la señal: 160 dBW (en superficie tierra) Polarización: circular dextrógira

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Terminales receptores: Indican la posición en la que están; conocidas también como Unidades GPS, son las que podemos adquirir en las tiendas especializadas. Características: Posición: aproximadamente 15 m (el 95%) Hora: 1 ns Cobertura: mundial Capacidad de usuarios: ilimitada

COMO FUNCIONA EL GPS El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) 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 receptor que se utiliza para ello, localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las señales; es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación" calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto de puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina

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fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada real del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites EL RECEPTOR GPS Existen diversos tipos y modelos de receptores para el Sistema de Posicionamiento Global, cada uno con funciones específicas para un uso determinado, pero en general el principio básico de su funcionamiento es el mismo con respecto a la Red NAVSTARGPS. La evolución de la tecnología ha permitido reducir el tamaño de los receptores y agregarle funciones como Mapas viales y topográficos, Brújulas Digitales, Planos de Calles y Ciudades, Guía Turística, Cronómetro de Tiempo y Distancia, y funciones específicas para las diversas áreas de aplicación. PARTES DE UN RECEPTOR GPS Partes de GPS Garmin Etrex (Ref. Manual del Usuario)

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USO DEL GPS Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que nuestro GPS inicialmente no conoce nuestras preferencias y algunos datos básicos, por lo que el primer paso cuando uno adquiere un GPS es la configuración inicial. Entre las preferencias que tenemos que definir normalmente están: -

Modo de operación de la batería del GPS.

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Nuestra diferencia horaria con respecto al Meridiano de Greenwich.

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Como queremos representar las coordenadas (UTM, en Longitud y Latitud, etc.).

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Cual es el Datum (punto geográfico referencial) que utilizan nuestras cartas locales.

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Las unidades de medida que usaremos (millas, kilómetros, etc.)

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Que tipo de orientación utilizaremos (magnética, verdadera, etc.)

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La orientación de nuestros puntos que estén representados en la pantalla (mapa) del GPS (El norte, la ruta, etc.) adicionalmente a que objetos queremos que se representen (puntos mas cercanos, anillos de distancia, rutas, etc.)

Una vez configurado el GPS, este por si solo procede a inicializarse mediante la recepción de señales de los satélites dando la posición del usuario, fecha y hora y datos adicionales que varían entre uno y otro GPS. Hasta aquí el GPS sabe donde esta uno, pero no nos lleva a ningún sitio si no le decimos donde queremos ir. Paso seguido hay que introducirle puntos geográficos (las coordenadas de estos puntos) para que pueda llevarnos de donde estamos a donde queremos ir. Esto lo haremos utilizando unas memorias dispuestas a tal efecto en nuestro GPS y que se denominan WAYPOINTS (WPTS). Los WPT son como un archivo donde guardamos todos los puntos (o de destino) para que en cualquier momento podamos indicarle al GPS donde queremos ir. Es como si tuviéramos una carpeta con unas fichas donde vamos anotando las coordenadas de nuestros puntos preferidos.

Para introducir los WPT podemos hacerlo escribiendo la Latitud y Longitud del punto en cuestión en uno de los WPT. Los pasos a seguir serán los siguientes: -

Elegir en el menú la página correspondiente a introducción de WPTs.

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Seleccionar el Nº de WPT donde vamos a introducir los datos (en algunos equipos se puede introducir un nombre).

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Introducir en la primera línea los datos referentes a la Latitud (Esto dependiendo del sistema de coordenadas que se esté utilizando).

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Introducir en la segunda línea los datos referentes a la Longitud teniendo en cuenta que puede ser E u W (Este u Oeste).

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Por último memorizar los datos introducidos. (referirse al manual de cada equipo)

Para memorizar un punto utilizando nuestra posición, habría que referirse al manual de cada equipo. Suele ser bastante sencillo pues solo hay que elegir el Nº de WPT y memorizar la posición en que estamos, que generalmente el equipo toma por defecto. Para empezar a navegar nos iremos a la función NAV y le diremos a nuestro GPS a que punto de los que tenemos memorizados queremos ir. En algunos equipos esta función es sumamente fácil, ya que disponen de un opción que se denomina GO TO (IR A) Con esta función bastará con seleccionar el Nº o nombre del WPT deseado.

PRECISIÓN Y FIABILIDAD DE LECTURA Debido al carácter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensa de los EE.UU. se reservaba la posibilidad de incluir un cierto grado de error aleatorio, que podía variar de los 15 a los 100 m. La llamada 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. Con un elevado número de satélites siendo captados (7, 8 o 9 satélites), y si éstos tienen una geometría adecuada (están dispersos), pueden obtenerse precisiones inferiores a 2,5 metros en el 95% del tiempo. Si se activa el sistema DGPS (GPS Diferencial) llamado SBS (WAAS-EGNOS-MSAS), la precisión mejora siendo inferior a un metro en el 97% de los casos. (Estos sistemas SBS no aplican en Sudamérica, ya que esta parte del mundo no cuenta con este tipo de satélites geoestacionarios). APLICACIONES -

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

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Topografía y geodesia.

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Localización agrícola (agricultura de precisión), ganadera y de fauna.

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Salvamento y rescate.

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Deporte, camping y ocio.

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Para localización de enfermos, discapacitados y menores.

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Aplicaciones científicas en trabajos de campo.

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

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Se utiliza para rastreo y recuperación de vehículos.

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Navegación Deportiva.

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Deportes Aéreos: Parapente, Ala delta, Planeadores, etc.

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Existe quien dibuja usando tracks o juega utilizando el movimiento como cursor (común en los GPS garmin).

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Sistemas de gestión y seguridad de flotas.

VOCABULARIO BÁSICO DE GPS -

WAYPOINTS (Punto de Navegación): Referencia establecido en Coordenadas.

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TRACKS (Pista o Rastro): Cosiste en un Trazado Gráfico de la ruta recorrida en tierra, no todos los equipos disponen de esta función y para ello el GPS debe estar encendido durante el desplazamiento y con una recepción aceptable de satélites.

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BRG (Bearing): El rumbo entre dos puntos de pasos intermedios (waypoints)

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CMG (Course Made Good): Rumbo entre el punto de partida y la posición actual.

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EPE (Estimated Postion Error): Margen de error estimado por el receptor.

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ETE (Estimated Time Enroute): tiempo estimado entre dos waypoints

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DOP (Dilution Of Precision): Medida de la precisión de las coordenadas obtenidas por GPS, según la distribución de los satélites, disponibilidad de ellos, etc.

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ETA (Estimated Time to Arrival): tiempo estimado de llegada al destino.

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