A los precios que están y con lo útiles que son, todo
el mundo sabe para que valen y como se manejan, pero… ¿cómo es
posible que nos puedan decir en donde estamos y con una precisión
tan increíble de solo unas decenas de metros de error?
Para entenderlo, debemos saber que cada satélite
tiene una posición perfectamente definida y que su orbita es
predecible. El GPS funciona por triangulación. Conociendo la
distancia desde el barco receptor a 3 satélites distintos se puede
calcular resolviendo unas ecuaciones de trigonometría sobre
superficies esféricas, la posición exacta en la que nos encontramos.
Los 24 satélites de la red GPS orbitan a 10.900
millas de la superficie terrestre lanzando continuamente mensajes.
En cada mensaje se dice qué satélite es, en donde está exactamente y
la hora en la que emite cada mensaje. Es muy importante destacar que
la hora es terriblemente exacta gracias a un reloj atómico instalado
en cada satélite. La precisión del reloj es por tanto fundamental y
del orden de una cien millonésima de segundo. Es decir que el reloj
se puede atrasar o adelantar no más de un segundo en 30 años!
En el receptor es también fundamental que el reloj
sea muy exacto y sobre todo que esté perfectamente sincronizado con
el reloj de los satélites. Como no se puede instalar un reloj
atómico en cada receptor de GPS pues son muy caros y ocupan mucho,
los mismos satélites se encargan de enviar una señal a los
receptores GPS para que estos se sincronicen exactamente. En
definitiva en nuestro GPS tenemos la hora con una exactitud de
millonésimas de segundo, y totalmente sincronizada con la hora
universal de los satélites.
La distancia hasta un satélite se calcula sabiendo el
tiempo que tarda en llegar la señal de radio al receptor GPS. Como
la velocidad de la luz (y de las ondas de radio) es constante e
igual a 300.000 kilómetros por segundo, cuando el mensaje del
satélite llega al receptor, no hay más que comparar la hora actual
del receptor con la hora que marca el mensaje recibido.
Con este primer mensaje recibido, el receptor GPS
sabe que nos encontramos sobre una esfera cuyo radio es la distancia
calculada al satélite, el cual también nos enviaba en el mensaje su
posición exacta justo en el momento de la emisión. Esta misma
operación repetida con un segundo satélite nos permite saber que
estamos en el círculo intersección de la primera y segunda esfera.
Con un tercer satélite sacamos una tercera esfera que corta al
círculo anterior en un único punto (en realidad corta en dos puntos,
pero uno de ellos situado en el espacio exterior a la tierra, el
cual es lógicamente descartado).
¿Cómo se sincroniza y corrige la hora en el receptor
GPS?
En el receptor GPS no hay más que un sencillo reloj
de cuarzo como los baratos y bastante exactos que encontramos en
cualquier relojería. Aunque son muy precisos, no se aproximan ni de
lejos a la exactitud de un reloj atómico, el cual no se puede
instalar en el receptor GPS entre otras cosas porque cuestan más de
100.000 Euros. Es importantísimo que el reloj del receptor esté
sincronizado a la perfección con el reloj atómico de los satélites.
El truco es
hábil y eficaz. Si con tres satélites sabemos exactamente el punto
en el que estamos, una cuarta esfera trazada mediante un cuarto
satélite nos debería corroborar el cálculo del punto en el que nos
encontramos. Si el reloj del GPS está perfectamente sincronizado, el
punto coincide y no nada que hacer. Si el punto tiene una ligera
variación se debe a que el reloj del receptor GPS está ligeramente
fuera de sincronía y la desviación entre las dos posiciones permite
calcular las millonésimas de segundo que hay que adelantar o atrasar
la hora del receptor GPS.
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