domingo, 21 de abril de 2013

GPS. Cómo funciona, mitos y verdades.


El GPS (Global Positionning System o Sistema de Posicionamiento Global) es un sistema de posicionamiento desarrollado y mantenido por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
Este sistema consiste en una serie de satélites espaciales que, mediante un receptor en tierra (léase dentro de la atmósfera), ayudan a que éste sea capaz de determinar su propia posición con un error mínimo.
Los satélites GPS son 24 y están repartidos en seis planos orbitales alrededor de la Tierra e inclinados 55º. Para entendernos, digamos que hay seis “anillos” que rodean el planeta y que éstos a su vez están distribuidos uniformemente respecto al ecuador. El conjunto de estas órbitas es denominado constelación.
En la imagen puedes ver una recreación de los satélites distribuidos alrededor de la Tierra.
Recreación de los satélites GPS distribuidos alrededor de la Tierra
Estos satélites están a una altura de 20.180 Km y constan, básicamente, de un reloj atómico y un transmisor, y la información que emiten en su señal es simplemente la hora y la identificación del satélite. Esta señal es retransmitida mil veces por segundo (es decir, cada un milisegundo se envía de nuevo la misma señal).
Un receptor en tierra lo que hace es tomar esas señales, sincronizar su reloj con ellas y leer la información que envían los satélites (su identificación) y así sabe de qué satélites está recibiendo información.

Pues bien, una vez que sabemos a qué satélites estamos conectados, podemos medir el tiempo que tarda en llegar la señal, ya que sabemos la velocidad a la que se desplazan estas ondas por el aire, a la velocidad de luz, aproximadamente a 300 mil Km/s (299.792.458 m/s). Rápido, ¿no?
Bueno, con estos dos datos ya sabemos la distancia a la que estamos de cada uno de los satélites (distancia = velocidad * tiempo) y con la información de tres satélites podemos estimar la posición de nuestro receptor en tierra mediante un método llamado triangulación.
Fíjate en la siguiente imagen:
Necesitamos 3 satélites GPS para determinadar la posición exacta de un vehículo
Aquí tenemos nuestro coche que lleva un GPS instalado y éste logra recibir señal de tres satélites. Con cada par de satélites forma un triángulo y las distancias entre ellos (en este ejemplo, “A”, “B” y “C”) son conocidas y, por lo que hemos explicado antes, podemos conocer las distancias entre el coche y cada satélite (midiendo el tiempo que tardan en llegar las señales a nuestro receptor). Y con ello cerramos cada triángulo, por ejemplo, el triángulo morado. Pero esto no es suficiente para determinar nuestra posición, ya que ese triángulo morado podría estar en esa posición o con el vértice arriba (el coche hacia la parte superior de la imagen) y las medidas serían las mismas. Aquí es donde entra en juego el tercer satélite, que va a formar el triángulo rojo con el número 1 y el verde con el número 2. De esta manera, solo existe una única combinación posible con esas distancias entre satélites y con esas distancias de satélites al coche. Ahora sí hemos determinado la posición exacta del vehículo.
Como veis, solo hacen falta tres satélites para conocer la latitud y la longitud y así conocer nuestra posición exacta. Si quisiéramos saber la altitud nos habría falta un cuarto satélite. Por esto es que se dice que “para conocer n datos hacen falta n+1 satélites”.
Hasta aquí estamos ubicados pero no hay precisión ya que cualquier retraso en la señal provocaría, debido a las grandes dimensiones de las que hablamos, un error de aproximadamente 300 Km. Para solucionar esto surge la figura del “cuarto satélite”. El receptor de GPS del coche tomará la señal de este cuarto satélite como referencia de sincronismo de reloj, es decir, tomará esas señales recibidas cada milésima de segundo como referencia de tiempo y la dará como buena para cotejar las demás y así sincronizar su reloj interno con los satélites y obtener la precisión requerida.
¡Ya estamos ubicados con total precisión! ¿Y ahora qué? Pues ahora estos datos son almacenados dentro del GPS para facilitar su ubicación la próxima vez que lo encendamos (no sé si os habéis dado cuenta pero cuando estrenamos un GPS a éste le cuesta conectar y a medida que lo vamos usando es cada vez más rápido). Si lo encendemos en la misma ubicación que lo apagamos la vez pasada el posicionamiento es inmediato pero si no es así esto puede tardar un poco más.
Para evitar ese retraso, o minimizarlo lo más posible, los teléfonos con GPS se apoyan en un sistema llamado GPS Asistido o AGPS. ¿Qué hace esto? Pues el GPS puede conectarse a un servidor de asistencia vía Internet para conocer la posición exacta de los satélites que recibe y, en combinación con la posición relativa suya a la celda celular que le está dando cobertura, así acelerar el cálculo inicial y posicionar más rápidamente al dispositivo. Este tipo de AGPS se llama “on line” pero también existe los “off line” que no necesitan conexión de datos ya que van guardando en memoria los últimos datos adquiridos cada vez que se conectan a Internet (vía 3G, GPRS, Wi-Fi, etc.) y la van renovando cuando se queda obsoleta.
Ya que “sabemos dónde estamos” viene la siguiente y más dura elección: el software de navegación.
Aquí seguro que todos preguntarán, ¿cuál es el mejor? Pues para gustos, colores…
Los programas de navegación funcionan asignando a cada punto su coordenada geográfica y permitiendo o no el paso (en uno o ambos sentidos) por entre una línea imaginaria de puntos (carreteras) y así el dispositivo sabe si tiene que ir por ahí o si ha de dar la vuelta para entrar por otro lado.
Los programas de navegación también los hay online y offline. Los online son aquellos que tienen que descargar los trozos de mapa de por donde circula a medida que vas moviéndote por el territorio y “te sales” de la pantalla y esto lo hacen mediante la conexión de datos del terminal móvil. Como todo, tienen sus ventajas e inconvenientes:
Ventaja:
Suelen ser gratuitos.
Fáciles de manejar.
Al descargarse los mapas en tiempo real normalmente están actualizados.
No ocupan más espacio en la memoria del dispositivo que la de la propia aplicación que suele ser muy ligera.
Desventajas:
Necesitan conexión a Internet para descargar el mapa, así que lo mejor es tener un plan de datos si no queremos llevarnos un susto en la factura.
Si la cobertura de datos es lenta el mapa bajará más despacio y podemos encontrarnos con la situación de que se nos indique meternos por una calle cuando ya la hemos pasado.
Si perdemos la cobertura de móvil no podremos descargar el mapa y estaremos sin GPS.
Suelen ser lentos.
Como ejemplo tenemos el Google Navigation, My Tracks y Waze (éste además dispone de una comunidad de usuarios que actualizan mapas, informan de radares, controles, obras, etc.) son quizá los más relevantes.
Por otro lado, tenemos los programas de GPS off line. Éstos tienen la posibilidad de poder leer sus mapas desde la memoria del dispositivo, bien la interna o la tarjeta SD.
Ventajas
Son rápidos.
No necesitan conexión ni plan de datos para funcionar.
Si tenemos plan de datos y licencia podemos obtener información de tráfico en tiempo real y el propio software calcula la ruta teniendo en cuenta las incidencias del tráfico incluidas la calles cortadas y demás gracias a los aportes de la comunidad de usuarios.
Suelen tener muchas opciones y ser muy configurables.
Los mapas se pueden adquirir por ciudades, países o continentes siendo lo más habitual la segunda forma.
Desventajas
Normalmente son de pago.
Cada actualización de mapa se paga aparte.
Los mapas ocupan espacio en la memoria del dispositivo (y no poca).
Muchas veces no existe el mismo software para varias plataformas (Android, Blackberry, iOS, Symbian, Windows Mobile, etc.).
Los mapas son diferentes entre plataformas distintas (no valen los mapas de Android para Windows Mobile, por ejemplo).
Como ejemplo, tenemos Sygic Mobile, Tomtom, Route 66, iGo, NDrive y Copilot entre otros.
Espero que haya sido útil este breve artículo de cómo funciona un GPS y las cosas que debemos de tener en cuenta a la hora de elegir un software de navegación u otro.