GPS III ¿Dónde estamos? ¿Y a dónde vamos?

Hace quince años, el primer teléfono celular con GPS salió al mercado. Se derrumbó, pero el factor de forma pionero, combinando equipos de comunicaciones de grado casi militar con un dispositivo de consumo, se ha mantenido con nosotros..

No puede doblar una esquina sin su teléfono o su reloj o sus zapatos que le dicen a dónde ir porque ellos saben exactamente dónde se encuentra. Pero este no fue siempre el caso.

Una breve historia del GPS

Damos por sentado que el GPS es un "producto básico", un gran regalo de Madness Cold War de Reagan-era Star Wars que en ocasiones enseña a los estudiantes de secundaria sobre la relatividad. El hecho deprimente es que el GPS (o GNSS como estaba clasificado en ese momento) solo se puso a disposición del público después de un desastre de una aerolínea inquietantemente familiar..

En 1983, apenas cinco años después del lanzamiento del primer satélite NAVSTAR, el vuelo 007 de Korea Air Lines fue derribado después de cruzar al espacio aéreo soviético debido a un error de navegación del piloto. La respuesta global a la pérdida de las 269 almas a bordo estaba angustiada pero teñida con la política de la Guerra Fría, y el presidente Ronald Reagan anunció que el GPS se pondría a disposición del mundo de forma gratuita para evitar tal tragedia..

El Sistema de posicionamiento global se diseñó originalmente a partir de una necesidad militar para coordinar el movimiento de tropas y embarcaciones en áreas desconocidas (como el Golfo Pérsico, donde el GPS se utilizó por primera vez en el teatro en la Operación Tormenta del Desierto), así como el Sistema de Detección de Detonación Nuclear ( NUDET).

Los años de posicionamiento 'selectivo'

Debido al uso de múltiples satélites con relojes extremadamente precisos, el GPS tuvo una precisión de posicionamiento de alrededor de 10 m desde el principio. Sin embargo, el Departamento de Defensa introdujo errores de posicionamiento intencional en las bandas civiles, citando temores de que la tecnología se usaría contra ellos. Esto, como suele ocurrir, fracasó casi instantáneamente..

Incluso durante el primer uso operacional del GPS en la Tormenta del Desierto, el número limitado de unidades receptoras de GPS caras y pesadas que consumían mucha energía obligaron a muchos miembros del ejército a forzar a recibir receptores civiles "baratos", ligeros y casi omnipresentes que eran efectivamente inútiles en el campo debido a estos errores intencionales. Este fue un problema tan reconocido que el sistema de inserción de errores (denominado disponibilidad selectiva o simplemente SA) se apagó en todo el mundo durante el resto de la Guerra del Golfo ('90 -'91).

A lo largo de la década de los 90, los cuerpos militares, corporativos y civiles presionaron para que se eliminara las SA, y las personas que iban desde las empresas de camiones hasta la FAA argumentaron que el ruido espurio en la señal estaba limitando la utilidad y adaptación del GPS en sus respectivas áreas. Estos errores fueron desactivados 'permanentemente' en 2000 por el presidente Bill Clinton.

Sin embargo, se está lanzando una nueva generación de satélites, que prometen un gran aumento no solo de la precisión, sino también de la disponibilidad del GPS. Designada como GPS Block III, o simplemente GPS III, esta suite de 30 nuevos satélites reemplazará a los antiguos Block II's, y los ya obsoletos Block I's. De las 64 aves del Bloque I / II lanzadas, 33 permanecen operativas, la más antigua es Navstar IIA-01, con 23 años de edad..

Las razones por las que estos satélites son una mejora masiva son más complicadas que “Es más rápido de bloquear y más preciso”. Este es el por qué.

Cómo funciona el GPS

GPS funciona como un sistema puramente de transmisión; no requiere ninguna conexión de datos para indicar su posición (aunque la mayoría de las aplicaciones necesitarán una conexión de datos. ¿Está harto de la conexión de datos de su aplicación GPS? ¿Intente? 3 Mapas fuera de línea actualizados [Android] Se está cansando de la conexión de datos de su aplicación GPS: pruebe 3 Mapas sin conexión actualizados [Android] No hace mucho tiempo, Chris cubrió tres de las mejores aplicaciones de GPS sin conexión disponibles en Android. Desde entonces, muchas otras aplicaciones de GPS lanzadas o recibieron actualizaciones importantes. ¿Estos recién llegados se comparan favorablemente con los revisados ​​por ... Leer más para el lado del mapeo). Su teléfono o SatNav no está hablando con el satélite a 12,500 millas de distancia, solo escucha en una frecuencia particular para códigos particulares.

Su teléfono escucha un canal en particular, o "banda" con cada transmisión por satélite, es su propio código de tiempo personal basado en su propio reloj atómico que flota en órbita. Sin embargo, dado que cada satélite se encuentra a una distancia diferente de ti, cuando recibas estos "ticks", estarán ligeramente desincronizados. Luego, su dispositivo GPS intenta sincronizar cada transmisión con un reloj interno, para que pueda determinar a qué distancia está cada satélite de su ubicación..

Entonces, estás a X, Y y Z a millas de tres satélites. Estos están al menos a 12,500 millas sobre su cabeza y viajan a 14,000 millas por hora, y no tienen idea de dónde están ni a dónde van. Esto no es de gran ayuda hasta que agregamos el código de tiempo que transmite cada satélite, que contiene mucha más información que solo la hora..

Yo se donde estoy pero donde estas?

Para averiguar dónde estamos basados ​​en los "tics" de los satélites, necesitamos un poco más de información que ya se transmite en el código de tiempo, lo que se llama un "Almanaque". Esto contiene información sobre las características de la órbita actual de cada satélite. Así que su teléfono crea un pequeño modelo de planetario basado en el tiempo que es preciso en unos pocos nanosegundos. Funciona donde están los satélites en el espacio, y donde estás en relación con los satélites. Cómo funciona el GPS [MakeUseOf Explica] Cómo funciona el GPS [MakeUseOf Explica] Como ávido jugador, me sorprende la correlación entre las características similares a las del GPS. Los videojuegos modernos y la proliferación de la tecnología GPS en la vida cotidiana. Cuando era niño, los mapas de papel y la cartografía eran ... Leer más. Auge. El Starbucks más cercano está a 12,6 metros..

Ahora se pone interesante; eso es solo una 'banda' o canal. Originalmente había tres canales; dos (L1 / L2) se utilizaron para Adquisición y Posicionamiento respectivamente. Se usaron en aplicaciones para el consumidor, pero si tenía un código de cifrado en particular (comúnmente llamado código Gold), tenía una mayor precisión, solo señales militares..

Finalmente, la banda L3 está reservada para Detecciones de Detonación Nuclear, que monitorea el mundo en busca de eventos de infrarrojos de alta energía y se utiliza principalmente para hacer cumplir los tratados de prohibición de ensayos nucleares. Pero las nuevas versiones del estándar GPS vienen con nuevas características emocionantes.

What's New In GPS III?

En el último Bloque II y en los nuevos sistemas del Bloque III, el número de bandas disponibles se incrementa a 5. L4 se deja como una banda de investigación, mientras que L5 incluye la Seguridad de la vida útil (señales de datos y piloto de SoL), que es extremadamente Versión confiable de GPS para usuarios de aviación, marítimos y de 'búsqueda y rescate'.

En los nuevos sistemas, el método de superposición de datos en la misma señal usando un código Gold (CDMA) también se usa para producir señales adicionales para canales civiles y militares (L2C y M-Code respectivamente) que hacen dos cosas muy interesantes por separado..

El código L2C es 250 veces más "detectable" (que no es lo mismo que "más fuerte") y funciona en una banda diferente a la que normalmente utiliza el GPS civil. Ya que ahora tendremos acceso a dos bandas, podemos compararlas en tiempo real para compensar la interferencia atmosférica, lo que significa que los consumidores finalmente podrán obtener un posicionamiento confiable en interiores (dentro de lo razonable) .

El M-Code es el ítem del boleto grande que justifica los nuevos cambios en la forma en que funciona el GPS. Los dos grandes avances en este sentido son la direccionalidad y la lucha contra las interferencias. En lugar del sistema normal de 'emisión de toda la Tierra', los nuevos satélites del Bloque III tendrán antenas de Código M de Tierra Total y Direccionales, que brindarán a las tropas una recepción 100 veces más fuerte dentro del cono del haz, que será (solo) varios cientos de kilómetros a través de.

En relación con esta bomba de alimentación, las señales de M-Code también incluirán una serie de técnicas de corrección de errores, anti-interferencias, anti-spoofing y transmisión de datos para combatir los sistemas locales de denegación de GPS y garantizar que las tropas siempre tengan los mejores datos de posición disponibles, independientemente del clima, ubicación o enemigo.

Además de esto, están las actualizaciones habituales que se producen cuando compra un nuevo kit; Los relojes Rubidium más rápidos proporcionan una sincronización más precisa y una mejor posición del receptor. Mientras tanto, los mejores paneles solares proporcionarán más potencia a las antenas más fuertes, lo que significa más potencia en el extremo receptor.

Entonces tienes las adiciones habituales cuando los gobiernos se involucran en las cosas; La NASA ha pedido utilizar algunos retro-reflectores láser (espejos) para proporcionar un mejor seguimiento del terreno de las órbitas, y la Fuerza Aérea está presionando para agregar capacidad adicional de Búsqueda y Rescate (SAR) en la parte superior de los canales de datos existentes de SoL. Esto es parte de un estándar global para sistemas SAR en 37 países, y no solo brindará detección y ubicación de señales de emergencia instantáneas, sino también la capacidad de enviar mensajes cortos al receptor.

Está arriba en el aire?

Muchos de estos avances se basan no solo en satélites actualizados sino también en estaciones terrestres actualizadas, llamadas anteriormente “Segmentos de Control Operacional”(OCS). Estas estaciones terrestres son lugares en todo el mundo y coordinan las rutas orbitales, la densidad de cobertura y las capacidades de búsqueda y rescate / detección nuclear para la red GPS, así como la corrección periódica de esa molesta dilatación del tiempo de relatividad especial. Las nuevas versiones de estas estaciones terrestres (OCX) permiten la mayoría de estos avances, además de permitir la interoperabilidad entre los sistemas GNSS de EE. UU. Y Europa (PS: esta es la razón por la que el GPS apesta si se encuentra en Europa en comparación con los EE. UU. pájaros sobre nuestras cabezas).

Desafortunadamente, son exactamente estos nuevos e increíbles sistemas los que están frenando el lanzamiento de GPS III. El contratista de defensa Lockheed Martin fue contratado para construir el primero de los satélites, pero se retrasó debido a las nuevas computadoras de navegación y administración L2C de Exelis; mientras que Raytheon ha sido contratado para construir los OCX, que han experimentado sobrecostos presupuestarios significativos.

Resumen y especulación

Los beneficios del nuevo sistema Block III, incluidos algunos de los bits en el Bloque II actualmente lanzado, se pueden resumir como:

• Disminución del tiempo de adquisición
• Mayor recepción interior
• Mayor precisión y sensibilidad al movimiento.
• Área de cobertura más amplia
• Mayor precisión para los escenarios de despliegue militar utilizando un haz enfocado
• Mayores capacidades anti-Jamming (no está claro si esto se aplica tanto a las señales civiles como a las militares, pero soy optimista)
• Mayor interoperabilidad con el sistema de posicionamiento GALILEO de Europa.
• Disminución del tiempo de respuesta de búsqueda y rescate y mejor cobertura global con cierta capacidad de mensajería, lo que podría haber evitado la pérdida de MH370

Con retrasos tanto en los sistemas satelitales como en los segmentos de control terrestre, es poco probable que veamos todas las ventajas para el usuario final de estos sistemas hasta fines de 2015 / mediados de 2016. Sin embargo, una vez que aumentan, tienen una vida útil propuesta de 15 años, ¿a dónde vamos después??

Estados Unidos ya no es el único jugador en la navegación global. Rusia ha tenido GLONASS desde mediados de los 90 y en los últimos 5 años, tanto los sistemas Beileou de China como los sistemas GALILEO de Europa se han puesto en línea. Por último, pero no menos importante, está programado que el Sistema de navegación por satélite regional de la India (IRNASS) entre en funcionamiento en los próximos años..

Todos estos tienen diferentes enfoques regionales, por lo que la gran pregunta es: ¿quiénes colaborarán primero? ¿Serán receptores o gobiernos globales? ¿O volveremos a los días de los viajeros globales que tienen que tener un teléfono celular para cada continente??

Con las nuevas extensiones de GPS, EE. UU. Ha demostrado estar dispuesto a trabajar con el sistema europeo, al igual que Rusia al ofrecer interoperabilidad de seguridad de vida tanto con GPS como con GALILEO. Los cielos se están ocupando y, a este ritmo, habrá al menos 120 satélites en el cielo que proporcionarán posicionamiento a "alguien". Si todo va bien, nosotros, los consumidores pobres, podríamos incluso utilizar la mayoría de ellos, lo que nos permitirá alcanzar una precisión de unos pocos centímetros, incluso en interiores. Eso significa cumplir con los requisitos de la FAA para los pilotos automáticos de aproximación de precisión para aeronaves (pistas y aviones no tripulados), así como permitir una detección de carriles mucho más precisa para los autos que conducen por sí mismos. Llegaré a un mundo lleno de automóviles sin conductor Conducir es una tarea tediosa, peligrosa y exigente. ¿Podría algún día ser automatizado por la tecnología de automóviles sin conductor de Google? Lee mas .

Agregue esto a los avances en wearables. 6 Próximos dispositivos wearables comparados: lo que está de moda y lo que no. 6 Próximos dispositivos usables en comparación: lo que está de moda y lo que no. ingresarlo. Leer más e IoT Qué es el Internet de las cosas y cómo afectará nuestro futuro [MakeUseOf explica] Qué es el Internet de las cosas y cómo afectará nuestro futuro [MakeUseOf explica] Parece que hay nuevas palabras de moda que están apareciendo y desapareciendo Con cada día que nos pasa, y "el Internet de las cosas" es una de las ideas más recientes que ... Leer más dispositivos (por más temible que pueda ser el por qué el Internet de las cosas es la mayor pesadilla de seguridad por qué el Internet de Las cosas son la mayor pesadilla de seguridad Un día, llega a su casa del trabajo para descubrir que se ha violado su sistema de seguridad para el hogar habilitado en la nube. ¿Cómo pudo pasar esto? Con Internet of Things (IoT), puede descubrirlo de la manera más difícil. Leer Más), y estamos viendo un futuro de dispositivos pequeños que saben dónde están y pueden hablar entre ellos. Monederos inteligentes, timbres inteligentes que solo "suenan" si alguien está en la casa, llaveros, bolsos, todas estas cosas que pueden hablarle a su teléfono celular y decir dónde están con una precisión de unos pocos centímetros (Entonces, finalmente podría averiguarlo. donde dejé mis llaves ...).

Estos son solo algunos de mis pensamientos sobre a dónde nos llevará esta tecnología, pero ¿cuál es su historia? ¿Qué podrías hacer con los dispositivos conscientes de la posición? Deberíamos tener miedo?

Y como siempre, cualquier pregunta o algo que haya analizado demasiado, pregunte en los comentarios..

Créditos de la imagen: Historia Rata: Operación Tormenta del desierto - La guerra terrestre; Mashup of Two pieces de DonkeyHotey, lanzado (y relanzado) bajo CC-SA-2.0, Canada Search and Rescue by Bmpower en la Wikipedia en inglés (trabajo propio); Trilateración 2D por Javiersanp a través de Wikimedia Commons (trabajo propio GFDL o CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0), Mapa de segmento de control de GPS con licencia de dominio público a través de GPS.gov; Debris-GEO1280 por la Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA, con licencia de dominio público, a través de Wikimedia Commons

Explorar más sobre: ​​Astronomía, GPS.