Cómo funciona el GPS

Summary

El video ofrece una explicación detallada de cómo los dispositivos de consumo, como smartphones, unidades GPS portátiles o receptores GNSS, utilizan la información de satélites para determinar la ubicación geográfica. Los satélites transmiten datos sobre su posición y tiempo, que son capturados por el receptor GNSS, el cual calcula la distancia al satélite a través del tiempo que tarda la señal en llegar. Con la señal de al menos tres satélites, se crean esferas que se intersectan, reduciendo la ubicación posible a un área específica. Sin embargo, debido a las imprecisiones en los relojes de los receptores, generalmente se requiere la señal de un cuarto satélite para aumentar la precisión. El vídeo también menciona la técnica RTK, que permite un posicionamiento aún más preciso, hasta el centímetro, usando GNSS.

Takeaways

• 📱 Hoy en día, los dispositivos de consumo como smartphones, unidades GPS y receptores GNSS utilizan chips GPS o GNSS para determinar la ubicación.
• 🛰️ Los satélites transmiten dos tipos de datos: su posición precisa y la información de su órbita, que son cruciales para la localización.
• ⏰ El receptor GNSS tiene un reloj interno que mide el tiempo de recepción de la señal, lo que permite calcular la distancia al satélite.
• 🌐 La velocidad de la señal es igual a la velocidad de la luz, lo que se utiliza para calcular la distancia entre el satélite y el receptor.
• 🔢 Con la información de un satélite, se puede trazar una esfera con el receptor en su superficie; sin embargo, esto no proporciona una ubicación exacta.
• ➕ Se necesitan señales de al menos tres satélites para reducir la ubicación del receptor a una intersección de esferas, lo que indica la región donde se encuentra.
• 🚫 Normalmente, una de las dos intersecciones posibles se puede descartar lógicamente, como aquella que esté por debajo de la superficie terrestre o en un espacio no viable.
• 🕰️ Los relojes de los receptores GPS no son tan precisos como los relojes atómicos de los satélites, lo que introduce un error en la estimación del tiempo y, por tanto, en la distancia.
• ⛔️ Para minimizar el error de sincronización temporal, se requiere la señal de un cuarto satélite, lo que mejora la precisión de la ubicación.
• 📊 Utilizando múltiples señales de diferentes satélites, la precisión de la estimación de la distancia y, por lo tanto, la ubicación puede ser más exacta.
• 📍 Los receptores GNSS tradicionales, como los en smartphones, tienen una precisión de varios metros, pero con técnicas avanzadas como RTK, se puede alcanzar una precisión centimétrica.

Q & A

¿Cómo se determina la posición de una persona en la Tierra utilizando un receptor GPS o NNSS?

Se determina utilizando la información de los satélites que transmiten datos sobre su posición y la señal que envían. El receptor calcula la distancia al satélite usando el tiempo que tarda la señal en llegar y la velocidad de la luz.

¿Por qué se necesitan al menos 3 satélites para estimar la posición de un receptor en la Tierra?

Se necesitan 3 satélites porque cada satélite proporciona una esfera con un radio igual a la distancia al receptor. Las esferas se intersectan en un punto o un área reducida, lo que permite estimar la posición del receptor en la superficie de la Tierra.

¿Cuál es el propósito de un cuarto satélite en el sistema GPS?

El cuarto satélite se requiere para minimizar el error causado por la diferencia de precisión en los relojes entre el receptor GPS y los satélites. Esto permite una estimación de tiempo y, por tanto, una distancia más precisa.

¿Cómo afecta la precisión del reloj en el receptor GPS la calidad de la señal recibida?

La precisión del reloj en el receptor GPS afecta la calidad de la señal recibida porque determina la exactitud con la que se mide el tiempo de llegada de la señal. Un reloj menos preciso puede causar una variación entre el tiempo real y el estimado, lo que conduce a un error en la distancia calculada.

¿Qué es RTK y cómo mejora la precisión de la posición?

RTK (Real-Time Kinematic) es una técnica que utiliza múltiples señales de satélites para mejorar la precisión de la posición hasta el nivel centimétrico. RTK corrige los errores de la posición mejorando la calidad de los datos de localización.

¿Por qué la superficie de una sola esfera no proporciona la ubicación exacta del receptor?

La superficie de una sola esfera es un área demasiado grande para proporcionar una ubicación exacta, ya que el receptor podría estar en cualquier punto de esa superficie. Para reducir el área y estimar la posición con mayor precisión, se requiere información de al menos dos satélites.

¿Cómo se resuelve la situación en la que las tres esferas se cruzan en dos lugares?

Se resuelve generalmente usando el conocimiento del entorno, como la topografía o la ubicación del usuario, para descartar uno de los puntos que no es viable (por ejemplo, uno que esté bajo la superficie de la Tierra o en un espacio abierto).

¿Cómo es que los satélites logran transmitir su posición precisa y la información del tiempo?

Los satélites tienen sistemas de navegación que incluyen relojes atómicos de alta precisión y sistemas de posicionamiento que les permiten saber su posición y la hora con gran exactitud. Estos datos son cruciales para el funcionamiento del sistema GPS y la determinación de la ubicación en la Tierra.

¿Qué son los cristales de cuarzo y cómo se utilizan en los relojes de los receptores GPS?

Los cristales de cuarzo son dispositivos que funcionan como relojes mecánicos en los receptores GPS. Mientras que los relojes atómicos de los satélites ofrecen una mayor precisión, los cristales de cuarzo en los receptores son menos precisos y pueden causar errores en la estimación de la distancia.

¿Por qué es importante la precisión en el tiempo para la determinación de la ubicación en el sistema GPS?

La precisión en el tiempo es crucial porque el tiempo que tarda una señal en llegar desde un satélite al receptor GPS se utiliza para calcular la distancia. Una pequeña variación en la medición del tiempo puede resultar en una gran diferencia en la distancia, lo que afecta la precisión de la ubicación final.

¿Qué otros factores pueden afectar la precisión de la ubicación en un sistema GPS además de la precisión del reloj?

Además de la precisión del reloj, otros factores incluyen la calidad de la recepción de la señal, posibles interferencias electromagnéticas, la atmósfera (refracción del信号), y el entorno físico (edificios, montañas, etc.) que pueden bloquear o reflejar las señales de los satélites.

¿Cómo se puede mejorar la precisión de los receptores GPS integrados en los smartphones?

La precisión de los receptores GPS en smartphones puede mejorarse utilizando técnicas como la corrección de errores de diferencia (Differential GPS, DGPS) o la tecnología de mejora de la precisión de tiempo (RTK), y también se puede integrar información de otros sensores del dispositivo, como el acelerómetro o el magnetómetro, para una mayor precisión.