Cómo funciona el GPS

Emlid Español

28 Jul 202104:06

Summary

TLDREl 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.

Outlines

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📱 Determinación de la ubicación usando dispositivos GPS

Este párrafo explica que los dispositivos de consumo como smartphones, unidades GPS y receptores GNSS están equipados con chips GPS o GNSS que permiten determinar la posición del usuario. Utilizan la información de satélites en órbita alrededor de la Tierra, que transmiten datos de su posición y tiempo. A través de estas señales, el receptor GNSS puede calcular la distancia al satélite y, por lo tanto, la ubicación del receptor en la superficie de la Tierra. Se menciona que, aunque la información de un satélite no es suficiente, la combinación de señales de dos satélites reduce la ubicación posible a una intersección. Sin embargo, para una precisión aún mayor, se requiere la señal de un tercer satélite, y en la práctica, un cuarto satélite es necesario para corregir errores debido a las diferencias en la precisión de los relojes internos de los receptores y los satélites. Además, se destaca la posibilidad de aumentar la precisión de la ubicación hasta el centímetro utilizando técnicas como la RTK (Real-Time Kinematic).

Mindmap

Keywords

💡GPS

GPS (Global Positioning System) es un sistema de satélites que permite la navegación y la ubicación geográfica en todo el mundo. En el video, se menciona que los dispositivos de consumo, como los smartphones, tienen un chip GPS o NNSS para encontrar la ubicación del usuario.

💡NNSS

NNSS (Navegación por Satélite No GPS) se refiere a otros sistemas de navegación por satélite además del GPS, como Galileo, GLONASS y BeiDou. Estos sistemas también son mencionados en el video como fuente de información para determinar la ubicación.

💡Satélites

Los satélites son cuerpos artificiales que orbitan alrededor de la Tierra y son utilizados para la transmisión de datos, como en el caso del GPS y NNSS. El video explica cómo los satélites transmiten información de su posición y tiempo para calcular la ubicación del receptor.

💡Receptor GNSS

Un receptor GNSS es el dispositivo que capta las señales de los satélites para determinar la ubicación. En el video, se describe cómo este receptor utiliza la información de los satélites para calcular la distancia y, finalmente, la ubicación del usuario.

💡Órbita

La órbita es la trayectoria que sigue un objeto en el espacio alrededor de otro objeto, como es el caso de los satélites alrededor de la Tierra. El video menciona que cada satélite tiene su propia órbita y conoce su posición precisa en todo momento.

💡Tiempo de llegada

El tiempo de llegada se refiere a cuánto tarda una señal en llegar desde el satélite hasta el receptor. Este concepto es fundamental en el cálculo de la distancia y, por ende, de la ubicación en el video.

💡Velocidad de la luz

La velocidad de la luz es la velocidad a la que viajan las señales desde los satélites. El video indica que la señal de los satélites tiene una velocidad igual a la velocidad de la luz, lo cual es crucial para calcular la distancia al receptor.

💡Esferas de intersección

Las esferas de intersección son las áreas donde las distancias calculadas a partir de las señales de dos o más satélites se cruzan. El video describe cómo la intersección de estas esferas ayuda a reducir la ubicación posible del receptor a una región más pequeña.

💡Reloj interno

El reloj interno del receptor GPS es utilizado para medir el tiempo en que se recibe la señal del satélite. El video destaca la importancia de este reloj para la precisión en el cálculo de la ubicación, aunque señala que los relojes de los receptores no son tan precisos como los de los satélites.

💡RTK

RTK (Real Time Kinematic) es una técnica que mejora la precisión de la ubicación a niveles centimétricos. Aunque no se describe en detalle en el video, se menciona como una forma de aumentar la precisión de los receptores GNSS.

💡Precisión

La precisión se refiere a la exactitud con la que se puede determinar la ubicación del receptor. El video discute cómo la combinación de señales de múltiples satélites mejora la precisión, y cómo la técnica RTK puede llevarla a niveles centimétricos.

Highlights

Hoy en día, la principal manera de determinar tu posición en la Tierra es utilizando un smartphone, una unidad GPS de mano o un receptor GNSS.

Todos los dispositivos de consumo mencionados tienen un chip GPS o GNSS en su interior.

El receptor utiliza información de satélites en movimiento alrededor de la Tierra para encontrar tu ubicación.

Cada satélite conoce su posición precisa en cada momento y transmite datos constantemente.

Los receptores GNSS usan estas señales para determinar la posición en la superficie de la Tierra.

Cuando un dispositivo recibe una señal de un satélite, conoce la posición del satélite y el tiempo de envío.

El receptor GNSS tiene un reloj interno que mide el tiempo de recepción de la señal.

La información de la señal y el tiempo de recepción se usan para calcular la distancia al satélite.

La velocidad de la señal es igual a la velocidad de la luz.

La posición del receptor se encuentra en una esfera cuyo radio es la distancia calculada.

Se necesitan señales de al menos tres satélites para reducir la superficie de búsqueda a una región de intersección.

Con las señales de tres satélites, hay dos posibles puntos de intersección; generalmente se descarta uno como inviable.

Para minimizar el error en la distancia calculada, se requiere la señal de un cuarto satélite.

Los relojes en los receptores GPS no son tan precisos como los relojes atómicos de los satélites.

La diferencia de precisión entre los relojes afecta la estimación del tiempo y la distancia.

Usar más señales de diferentes satélites mejora la precisión de la ubicación.

Los receptores GNSS tradicionales, como los de los smartphones, tienen una precisión de varios metros.

La técnica RTK permite alcanzar una precisión de posicionamiento centimétrica usando GNSS.

Serás informado sobre ética en el próximo vídeo o en los documentos de empleo.