En esta entrada del blog, exploraremos cómo funciona el GPS, cómo calcula nuestra ubicación y cómo los satélites GPS proporcionan información de ubicación en cualquier lugar de la Tierra.
El GPS es una tecnología con la que estamos muy familiarizados en nuestra vida diaria, ya sea cuando la policía rastrea la ubicación de un sospechoso o cuando usamos la navegación de un teléfono inteligente. He aquí una escena de la novela de Dan Brown, «El Código Da Vinci». Sophie y Langdon se esconden en un baño. Sophie decide ayudar a Langdon a escapar; saca el dispositivo de rastreo del bolsillo izquierdo de su abrigo, lo coloca dentro de una pastilla de jabón y lo lanza hacia un remolque que pasa. La policía cree erróneamente que Langdon ha subido al remolque y lo persigue en vano, lo que permite que Langdon y Sophie escapen del Museo del Louvre sanos y salvos. ¿Cómo pudo la policía rastrear la ubicación de Langdon usando el dispositivo de rastreo? El principio en el que se basa reside en el GPS.
El GPS (Sistema de Posicionamiento Global) es un sistema de navegación por satélite que calcula la ubicación del usuario utilizando señales transmitidas por satélites.
¿Es posible determinar una ubicación utilizando un solo satélite? Lamentablemente, no. Esto se debe a que la información de distancia que proporciona un único satélite corresponde a innumerables ubicaciones posibles a esa misma distancia. A medida que aumenta el número de satélites, las ubicaciones superpuestas se reducen, pasando de un área a una línea y, finalmente, a un único punto.
Para comprender el número óptimo de satélites, primero debemos entender el concepto de dimensiones. Las dimensiones se definen por el número de direcciones en las que un objeto puede moverse de forma independiente. Esto se debe a que, al saber qué tan lejos y en qué dirección se ha movido un objeto desde un punto de referencia, podemos determinar su posición.
En una dimensión, la posición de un objeto se puede determinar simplemente conociendo su desplazamiento hacia adelante o hacia atrás. En dos dimensiones, se requiere información en dos direcciones: adelante/atrás e izquierda/derecha. ¿Y qué ocurre en el espacio tridimensional? Se necesitan las tres direcciones: adelante/atrás, izquierda/derecha y arriba/abajo. Dado que el espacio que habitamos es tridimensional, se requiere información sobre estas tres direcciones para calcular una posición.
Por lo tanto, se requieren cuatro satélites para calcular una posición exacta en el espacio tridimensional, ya que se necesita información sobre el punto de referencia, así como las direcciones longitudinal, horizontal y vertical. Sin embargo, al estar el usuario en la superficie terrestre, la Tierra misma puede servir como plano de referencia, lo que significa que, en teoría, se puede calcular una posición utilizando solo tres satélites. No obstante, los sistemas GPS actuales utilizan un total de cuatro señales satelitales. El satélite adicional se utiliza para corregir los errores de tiempo que se producen durante la transmisión y recepción de señales; ayuda a determinar una posición más precisa calculando el tiempo que tarda la luz en viajar.
Ahora, veamos cómo se calcula la información de distancia recibida de los satélites. En esta sección, verás por qué el teorema de Pitágoras y las funciones trigonométricas —que aprendiste en matemáticas en la escuela secundaria— son importantes.
La triangulación es un método para calcular las coordenadas y la distancia de un punto dado utilizando las propiedades de los triángulos. Con dos puntos de referencia, si se miden los ángulos formados por la base y los otros dos lados del triángulo formado por la ubicación desconocida y los dos puntos de referencia —y se conocen las longitudes de los lados— se pueden calcular las coordenadas y la distancia utilizando la ley de los senos y otras fórmulas.
Por ejemplo, supongamos que medimos la distancia desde la playa hasta un barco en alta mar. Un observador mide los ángulos α y β desde dos puntos fijos, A y B, respectivamente. Si se conoce la distancia l entre A y B, o si se conocen las coordenadas de ambos puntos, se pueden calcular las coordenadas del barco en el punto C utilizando las propiedades de los triángulos semejantes y la ley de los senos, y también se puede determinar la distancia d desde la playa hasta el barco. El GPS funciona con el mismo principio.
Calcula la ubicación de un objeto en la Tierra combinando las posiciones de los satélites con la información de distancia medida desde ellos.
Actualmente, el sistema GPS consta de aproximadamente 31 satélites operativos; de estos, generalmente 24 o más conforman el sistema operativo principal, mientras que el resto sirven como respaldo o mejoran el rendimiento. Estos satélites orbitan la Tierra en múltiples planos orbitales y están diseñados para que se puedan observar varios satélites GPS simultáneamente desde cualquier lugar del mundo. Esto garantiza una señal estable de al menos cuatro satélites, lo que proporciona información de ubicación más precisa. Los satélites GPS se alimentan mediante paneles solares.
Tómate un momento para mirar al cielo nocturno. Si ves un punto particularmente brillante y en movimiento, podría ser un satélite GPS calculando tu ubicación.
