Por  Ing. Ignacio José Zaradnik
E-mail: iz@electrocomponentes.com

Desde el lanzamiento del primer satélite, en 1978 por parte de los Estados Unidos, para un sistema global de navegación por satélites (GNSS), el cielo se ha empezado a poblar de ellos. En la actualidad hay aproximadamente 60 satélites orbitando alrededor del planeta, los cuales pertenecen a los dos GNSS existentes, el sistema  estadounidense NAVSTAR-GPS o simplemente GPS y el sistema ruso GLONASS, y a los sistemas de respaldo para las diferentes áreas geográficas (EGNOS, WAAS, MSAS y GAGAN). Se estima que dentro de un par de años el número llegara a 100 satélites, ya que los Estado Unidos planean llegar a 32 satélites y la Comunidad Europea piensa tener operativo su propio sistema llamado GALILEO.

Usando un sistema GNSS, los siguientes valores pueden ser determinados precisamente en cualquier parte del mundo.

• La posición expresada en latitud, longitud y altitud con una exactitud de entre 20m y 1m.
• La hora UTC (Universal  Time  Coordinated) con una exactitud de entre 60ns y 5ns.
• La velocidad y el rumbo del móvil (estos dos últimos parámetros son derivados de los valores anteriores).

A continuación explicaremos muy brevemente como funciona el sistema, sus componentes, los parámetros a tener en cuenta en la elección de un dispositivo y los productos a su disposición.

Principio de funcionamiento.

Es muy probable que todo el que este leyendo este articulo en algún momento de su vida haya  intentado calcular que tan lejos de nosotros ha caído un rayo durante una tormenta eléctrica. El procedimiento es muy sencillo y consta de tomar el tiempo entre que vemos el rayo caer y el tiempo entre que escuchamos el trueno. A esta diferencia de tiempo la multiplicamos por la velocidad del sonido y tenemos un estimado de que tan lejos ha caído el relámpago.



Los sistemas de navegación satelital usan el mismo principio para determinar las coordenadas.

Un satélite con una posición conocida transmite una señal a tiempo regular. Basándose en el tiempo de viaje medido de las ondas de radio (las señales electromagnéticas viajan a través del espacio a la velocidad de la luz c =300.000 km/s) la posición del receptor es calculada.

Podemos ver este principio mas claramente usando un simple modelo. Imagine que estamos en un automóvil y necesitamos determinar nuestra posición en una avenida. Al final de la avenida hay una antena radio transmisora enviando una señal  cada segundo. Sobre el automóvil hay un reloj, el cual está sincronizado con un reloj en el transmisor. Midiendo la diferencia de tiempo entre la señal transmitida y la recibida podemos calcular la distancia a la que nos encontramos de la antena y por lo tanto la posición en la avenida.

Distancia = Tiempo * Velocidad de la luz (300000 km/s)

A causa de que el tiempo del reloj sobre el automóvil no esta exactamente sincronizado con el reloj de la antena, puede haber una discrepancia entre la distancia calculada y la real. En nuestro ejemplo una diferencia de 1us genera un error de 300mts.

Colocar un reloj atómico sobre el automóvil seria una solución de costo elevado, por lo tanto se emplea otra solución, la cual es usar una segunda señal transmitida por una segunda antena. Esta antena estará separada de la primera una distancia conocida “A”.

Midiendo las diferencias de tiempo de ambas señales es posible establecer la distancia (D) a pesar de tener un reloj sobre el automóvil no sincronizado respecto al reloj de la antena.

Distancia = ((Tiempo_1 – Tiempo_2 )* Velocidad de la luz  + A)/2

De lo explicado arriba podemos observar que para determinar la posición en una dimensión (sobre la avenida) se requieren dos señales.

De esto podemos concluir que cuando se emplean relojes no sincronizados para el cálculo de la posición, es necesario que el número de señales transmitidas exceda el número de las dimensiones desconocidas en uno. Entonces si deseamos conocer la posición sobre la tierra en sus tres dimensiones, Latitud, Longitud y Altitud, es necesario que el número de señales transmitidas sean al menos 4. Es decir, un receptor de GNSS debe recibir al menos 4 señales provenientes de los satélites para poder determinar la posición sobre la superficie terrestre.

Elementos del sistema.

En adelante hablaremos puntualmente del sistema GPS, ya que los receptores de este sistema son los más empleados actualmente.

El sistema GPS esta compuesto por tres segmentos:

• El segmento espacial, constituido por todos los satélites operativos.
• El segmento de control, constituido por las estaciones de tierra, el cual se encarga del monitorio del sistema.
• El segmento usuario, donde podemos encontrar aplicaciones tanto militares como civiles.

En este articulo nos enfocaremos en el segmento usuario, mas puntualmente en los receptores de GPS. A continuación detallaremos las principales características a tener en cuenta al momento de elegir un dispositivo.

Características de los receptores de GPS.

• Tensión de alimentación: Este parámetro nos permitirá determinar la compatibilidad con el resto del circuito. Dependiendo el uso y el ambiente  donde será utilizado el dispositivo podemos encontrar tensiones de alimentación de 1.8V hasta 35V. Siendo actualmente 3.3V la opción mas difundida para módulos OEM (original equipment manufacturer).

• Cantidad de canales: Indica la cantidad de señales que el receptor puede procesar en forma simultánea para determinar la posición. Algunos productos estándar que encontramos en el mercado poseen 12, 16 y 20 canales. Cuanto mayor sea el número de canales, mayor será la exactitud en el dato de posición entregado. Es necesario aclarar que por mas canales que el receptor tenga, la exactitud del dato entregado va ser función de la cantidad de señales que reciba, o como se dice comúnmente de la cantidad de satélites que esta viendo.

• Exactitud: Este parámetro expresa, valga la redundancia, la exactitud con que el dato de posición es entregado. Existen varias formas de expresar este parámetro, debajo detallaremos con un ejemplo los distintos métodos.

• 1m SEP: El 50% de los puntos entregados por GPS estarán ubicados en una esfera 1 metro de radio alrededor del punto verdadero.
• 1m CEP: El 50% de los puntos entregados por GPS estarán ubicados en un círculo de 1 metro de radio alrededor del punto verdadero.
• 1m 1dRMS: El 68% de los puntos entregados por GPS estarán ubicados en un círculo de 1 metro de radio alrededor del punto verdadero.
• 1m 2dRMS: El 95% de los puntos entregados por GPS estarán ubicados en un círculo de 1 metro de radio alrededor del punto verdadero.
• 1m 3dRMS: El 99.7% de los puntos entregados por GPS estarán ubicados en un círculo de 1 metro de radio alrededor del punto verdadero.

• Sensibilidad: Habla sobre la facilidad que tiene el GPS para recibir la señal de los satélites. Cuanto mayor el número (modulo) mejor es el GPS. Este parámetro se especifica en dbm.

• Tasa de actualización: Indica la taza de refresco de los datos, es decir cada cuanto el GPS envía un nuevo paquete con los datos de posición. Los GPS estándar tiene una tasa de actualización de 1Hz, puedo llegar hasta 20Hz.

• Tiempo de arranque: Este parámetro nos detalla el tiempo mínimo que necesita el dispositivo para darnos un dato válido. Generalmente se especifican tres tiempos y estos dependen de si el GPS posee información de los satélites al momento de arranque.

• Cold Start: El Dispositivo arranca sin ningún tipo de información de los satélites. Este tiempo suele estar en el orden de los 30 segundos.
• Warm Start: El dispositivo arranca sabiendo la hora y la ultima posición. La diferencia de tiempos entre un Cold Start y un Warm Start no suele ser mucha.
• Hot Start: EL dispositivo arranca teniendo información de los satélites. Este tiempo suele estar en el orden de los segundos.

• Interfases: En función de las interfases que tenga disponible el dispositivo, nos permita mayor flexibilidad al momento de desarrollar nuestro equipo. Típicamente poseen una interfaz serial, existiendo dispositivos con USB y con SPI también.

Nuestros Productos

Electrocomponentes ofrece varios productos, todos ellos pertenecientes a la firma SAN JOSE NAVIGATION. A continuación detallaremos los productos y sus características.

Modelo FV-M8

	Tensión de Alimentación	3.3 – 5V
	Cantidad de Canales	32
	Exactitud	3.3 mCEP
	Sensibilidad	-158dbm
	Tasa de Actualización	1-5 Hz
	Tiempo de Arranque	CS: 41 seg.
		WS: 35 seg.
		HS: 1 seg.
	Interfases	2x UART @ 2.8V

Modelo TK-1722

	Tensión de Alimentación	3.3V
	Cantidad de Canales	20
	Exactitud	1.5m CEP
	Sensibilidad	-159dbm
	Tasa de Actualización	1Hz
	Tiempo de Arranque	CS: 45 seg.
		WS: 45 seg.
		HS: <5 seg.
	Interfases	UART @ 3.3V

Modelo TK-1315

	Tensión de Alimentación	3.3V
	Cantidad de Canales	20
	Exactitud	1.5m CEP
	Sensibilidad	-159dbm
	Tasa de Actualización	1Hz
	Tiempo de Arranque	CS: 45 seg.
		WS: 45 seg.
		HS: <5 seg.
	Interfases	UART @ 3.3V

Solicite mayor información a:

Electrocomponentes S.A. (Casa Central)
Solís 225 / 229 - Ciudad Autónoma de Buenos Aires - CP 1078AAE - Argentina.
Tel.: (5411) 4375-3366 / 4372-1864
Fax: (5411) 4325-8076 / 4372-6214
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