Este documento resume la historia, componentes y aplicaciones del sistema de posicionamiento global GPS. Comenzó su desarrollo en la década de 1960 y alcanzó su capacidad operativa completa en 1995. Usa triangulación basada en el tiempo que tardan las señales de al menos cuatro satélites en llegar a un receptor para calcular la posición. Ofrece aplicaciones en agricultura, minería, medicina, logística y más. Sistemas como Galileo buscan mejorar la precisión de GPS.

1. Trabajo de Tesis Titulación 2007 Alumno: Sebastián Willcock Rudloff Profesor: Nestor Fierro Morineau La Tecnología de los GPS y Sus aplicaciones en diversas áreas

2. HISTORIA En 1984 , un vuelo civil de Korean Airlines fue derribado por la URSS al ingresar por error a su espacio aéreo. Pero el acontecimiento más grave fue el desastre del trasbordador Challenger en 1986, deteniendo el proyecto durante tres años. La idea nace en la década del 60 y para 1978 se realizaba el primero de 11 lanzamientos (1978-1985) de la 1ª generación de satélites GPS llamados Block І . 0.410 Kw. 5 años 759 Kg. Rockwell International Empresa Constructora Potencia Vida útil Masa de Lanzamiento NAVSTAR-GPS / BLOCK І

3. HISTORIA A partir de 1989 y hasta 1997 hubo 28 lanzamientos de los vehículos DELTA ІІ, transportando la nueva generación en satélites GPS Block ІІ/ІІA , destinados a completar las orbitas faltantes y a reemplazar los satélites Block І. También hubo novedades en la configuración del sistema como la creación y activación del S/A ( Selective/Availability ), h erramienta que habría sido muy útil durante la Guerra del Golfo Pérsico en 1991 . Finalmente, el 27 de Abril de 1995 el sistema NAVSTAR GPS alcanza su completa capacidad operacional 1660 y 1816 Kg. Masa de Lanzamiento 0.710 Kw. 7.5 años Rockwell International Empresa Constructora Potencia Vida útil NAVSTAR-GPS / BLOCK І І / І І A

4. HISTORIA De ahí en más el DoD se preocupó de renovar los satélites obsoletos. Para esto creó la tercera generación en satélites, llamados Block ІІR . C ontemplando la construcción de 21 satélites de los cuales ha habido 14 lanzamientos desde 1997 hasta el día de hoy. El 1 de mayo del 2000, el entonces presidente de los EE.UU. Bill Clinton elimina en forma definitiva la degradación producida por el S/A ( Selective/Availability ). Esto significó que a partir del 2 de mayo todos los equipos comerciales mejoraran su precisión de 150 a cerca de 20 metros. 2032 Kg. Masa de Lanzamiento 1.136 Kw. 10 años Lockheed Martin Empresa Constructora Potencia Vida útil NAVSTAR-GPS / BLOCK І І R

5. COMPONENTES En este sistema se pueden distinguir 3 segmentos claramente, el segmento espacial segmento de control y el segmento de usuario. Segmento Espacial : 24 satélites( 21 operativos más 3 de reservas). 20.200 kilómetros de altura aprox. 6 planos orbitales con 4 satélites c/u. Cada orbita a 60º una de otra y cada satélite a 90º uno de otro. Periodo orbital de 11 horas y 58 minutos. Completando dos orbitas diarias a una velocidad de 3,87 kilómetros/segundo aprox. 4 relojes atómicos(2 Cesio y 2 Rubidio) Antenas emisoras en la banda L y otras emisoras-receptoras en la banda S. Paneles solares y baterías de carga.

6. COMPONENTES En términos básicos, la señal de cualquier satélite GPS se compone de los siguientes elementos: Relojes u osciladores , Portadoras , Códigos , Mensajes de navegación y Modulación . Relojes u osciladores : El reloj u oscilador de un satélite GPS proporciona l a frecuencia fundamental de 10,23 M h z sobre la que se estructura toda la señal radiodifundida por el satélite. Portadoras : L1 = 154*10.23Mhz = 1575.42 Mhz (long. onda de 19,05 cm.) . L2 = 120*10.23Mhz = 1227.60 Mhz (long. onda de 24,45 cm.) . Códigos : Existen dos códigos dentro de las portadoras (C/A y P), los cuales son insertados por modulación binaria por cambio de fase o modulación binaria bifase (BPSK) . C/A: f = 10.23Mhz /10 = 1.023 Mhz ( L1 ) P: f = 10.23 Mhz ( L1 y L2 )

7. COMPONENTES Mensaje : Modulado sobre ambas portadoras y transmitido a una velocidad de 50 baudios . Efemérides (parámetros orbitales del satélite). Almanaque ( información de los parámetros orbitales de la constelación de satélites). Modulación : La modulación y transmisión de las portadoras con los códigos y el mensaje se hace a través de la técnica de espectro ensanchado (Spread-Spectrum). Técnica por la cual la señal transmitida se ensancha a lo largo de una banda muy ancha de frecuencias, mucho más amplia, de hecho, que el mínimo requerido para transmitir la información Secuencia Directa: Codificando la información con una señal seudo-aleatoria (PRN). Frecuencia Hopping: Codificando la frecuencia de trabajo con una señal seudo-fortuita (aleatoria), por lo que la frecuencia de trabajo cambia permanentemente.

8. ANALISIS TRIANGULACIÓN Triangulación :

9. Vel. de la luz (300.000 Km./seg.) x Tiempo (0.06 seg.) = Dist. (18.000 Km.) ANALISIS TRIANGULACIÓN Medición de Distancias : L o hacemos midiendo el tiempo que tarda una señal emitida por el satélite en llegar hasta nuestro receptor de GPS. Velocidad (60 Km. /h) x Tiempo (2 horas) = Distancia (120 Km.) “ Resulta que si tres mediciones perfectas pueden posicionar un punto en un espacio tridimensional, cuatro mediciones imperfectas pueden lograr lo mismo.” E1 : (x – x1) 2 + (y – y1) 2 + (z – z1) 2 = d1 E2: (x – x2) 2 + (y – y2) 2 + (z – z2) 2 = d2 E3: (x – x3) 2 + (y – y3) 2 + (z – z3) 2 = d3 E4: (x – x4) 2 + (y – y4) 2 + (z – z4) 2 = d4 Control del tiempo :

10. ANALISIS TRIANGULACIÓN Ubicación de los satélites en el espacio : Aquí entra el segmento de control, ya que estamos asumiendo que conocemos donde están los distintos satélites, pero están flotando a 20.200 Kms. de altura. Son todas las infraestructuras en tierra necesarias para el control de los satélites, las cuales se dividen en 4 estaciones monitoras y una estación maestra. La isla de Ascensión (Atlántico Sur). La isla de Diego García (Océano Indico) En Kwajalein (Pacífico Occidental) En Hawaii (Pacífico Oriental) Estación Maestra de Colorado Spring: Reúne la información, realiza los cálculos, genera el mensaje de corrección y lo transmite a través de la banda S. Canal ascendente: 1783.74 Mhz. Canal descendente: 2227.50 Mhz.

11. ANALISIS TRIANGULACIÓN Corrección de Errores : Problemas en el satélite L os relojes atómicos que utilizan son muy precisos, pero no son perfectos. Un Rudo Viaje sobre la tierra Un Rudo Viaje a través de la atmósfera La velocidad de la luz sólo es constante en el vacío . Algunos ángulos son mejores que otros La geometría básica por si misma puede magnificar estos errores mediante un principio denominado " Dilación Geométrica de la Precisión ", o DGDP ¡Errores Intencionales! Hoy tienen otro modo de anular la señal llamado Anti - Spoofing ( A-S ). Consiste en el uso de un código adicional de alto secreto (denominado W ), a través del cual se consigue encriptar el código P , que pasa a denominarse entonces código Y.

12. WAAS 25 estaciones monitoras cubriendo el área comprendida entre Estados Unidos, Alaska, Hawai y Puerto Rico . 2 estaciones maestras . 6 antenas para la retransmisión de datos. 3 satélites I NMARSAT III geoestacionarios (2 actualmente en funcionamiento). WAAS( Sistema de Aumentación de Área Amplia ): E s una tecnología diseñada por la FAA para incrementar la exactitud del sistema GPS con respecto a la señal civil.

13. COORDENADAS Cuando un GPS localiza un punto sobre la superficie de la Tierra entrega un par de coordenadas donde se encuentra ubicado ese punto, es decir, la Latitud y la Longitud. Paralelos : Son círculos imaginarios que cruzan a la Tierra. El más conocido está sobre el Ecuador (paralelo 0º) y divide a la Tierra en dos hemisferios . Latitud : Distancia angular desde el paralelo 0º al punto a localizar en la superficie terrestre y varía desde 0º en el Ecuador hasta los 90º N del Polo Norte o 90º S del Polo Sur.

14. COORDENADAS Longitud : E s la distancia angular desde el meridiano 0º a un punto dado de la superficie terrestre y varía desde los 0º de Greenwich hasta los 180º E y 180º W Meridianos : Semicírculos que pasan por los polos en forma perpendiculares al ecuador. El más conocido es el de Greenwich (meridiano 0º), el cual divide la tierra en dos hemisferios: El hemisferio Este u Oriental y hemisferio Oeste u Occidental. Cada meridiano tiene su antimeridiano .

15. APLICACIONES Agricultura de precisión y Minería : Actualmente existe la tecnología para que el “arado automático” se convierta en realidad práctica para muchos. Además un nuevo frente en materia de seguridad, lo constituye el manejo de vehículos de carga sin operador, más conocido como “camión autónomo”. Conservación de la naturaleza : Entidades ecologistas pueden monitorear por Internet distintas especies en peligro de extinción. Empresarial : Coca-Cola instalo un GPS y una tarjeta de comunicación telefónica dentro de latas simuladas de refresco, de forma que, los ganadores de una promoción especial pudieran ser localizados de forma inmediata y entregarles así su premio.

16. APLICACIONES Medicina : “ TORMES ” es el nuevo sistema que permitirá a las personas no videntes guiarse a través de una ruta determinada y conocer su posición. Teclado braille. Anotador sonobraille con un s intetizador de voz. Base de datos cartográfica de ciudades. Un receptor GPS . Vigilancia y Prevención : En el año 1999 el gobierno Británico puso en práctica la llamada “cárcel sin rejas” o vigilancia para condenados a penas de prisión por delitos de malos tratos, pedofília y agresiones sexuales . El procedimiento consistía en conectar a un teléfono móvil un GPS colocado en el talón del reo por el cual se encuentra permanentemente localizado y se detectan todos sus movimientos.

17. TRUCKFINDER TRUCKFINDER : Dispositivo que permite no solo saber la ubicación en tiempo real del vehículo, sino también tener un control completo sobre diferentes aspectos de las tareas realizadas por sus vehículos en ruta. Receptor GPS : Receptor de 12 Canales. L1 1575.42 Mhz Soporta interfaces RS232 Microcontrolador : Microcontrolador de 8-bits. 64 Kbytes de memoria flash. Celular : Tecnología GSM . 9600 bps .

18. GPSLOGGER GPSLOOGER : E s un sistema que contempla un dispositivo electrónico , m á s dos software de rastreo instalados en la terminal . Receptor GPS : Receptor de 12 Canales. Navegación 2D/3D/DGPS L1 1575.42 Mhz Precisión: 1 a 5 metros Soporta interfaces RS232 MODEM : Alcance interiores: 300’(100 m) Alcance exteriores: 4000’(1200 m) Frecuencia: ISM 2.4 Ghz Régimen RF datos: 250 kbps Microcontrolador : Microcontrolador de 8-bits. 64 Kbytes de memoria flash. 2 Kbytes memoria EEPROM. Memoria Externa : Memoria flash reprogramable de 1Mb. Capacidad aproximada de 10,000 registros.

20. GPS BLOCK ІІІ BLOCK ІІІ : Constelación de 30 – 32 satélites con osciladores de Hidrógeno. Sistema NDS/NUDET (Nuclear Detonation Detection System) Aumento en casi 500 veces el poder de transmisión, multiplicando su resistencia a posible s interferencia s. Cuatro nuevas señales, tres para el área civil llamadas L1C, L2C y L5 y una nueva señal militar llamada M - CODE . Señal encriptada solo en el área de conflicto. L a responsabilidad en la constante disponibilidad entregada por los equipos GPS descansa, principalmente, en la capacidad de los satélites NAVSTAR -GPS .

21. GALILEO Constelación de 30 satélites(27 op. y 3 reservas). Orbitarán a una altura de 23.220 k m. aprox . 3 orbitas con 10 satélites c/u. Mayor precisión y con un margen de error 10 veces más pequeño . Mejor rango y disponibilidad de la señal , permitiendo que lleguen donde el GPS no llegaba, como dentro de edificios o en bosques. Independencia del sistema americano . Search and Rescue : Galileo será capaz de detectar las señales de los sistemas SAR existentes e incluso enviarles mensajes de que van a ser rescatados. GALILEO : Nombre que tendrá para el 2010 el nuevo Sistema Global de Navegación por Satélite Europeo ( GNSS ) , desarrollado por la Unión Europea ( EU ) y la Agencia Espacial Europea ( ESA ) . Galileo es el primer sistema bajo control civil y de presunta compatibilidad con los sistemas ya existentes GPS y GLONASS .

24. Receptor : El receptor es del tipo heterodino, basado en la mezcla de frecuencias que permite pasar a una frecuencia más baja gracias a un oscilador local, dando como resultado la señal original desensanchada .