Dispositivo de navegación por satélite
Dispositivo que puede calcular su posición geográfica basándose en información satelital

Navegación del vehículo en un asistente de navegación personal
Garmin eTrex10 edición portátil

Un dispositivo de navegación por satélite o dispositivo de navegación por satélite , también conocido como receptor de navegación por satélite o receptor de navegación por satélite o simplemente dispositivo GPS , es un equipo de usuario que utiliza satélites del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) o sistemas de navegación por satélite globales (GNSS) similares . Un dispositivo de navegación por satélite puede determinar las coordenadas geográficas del usuario y puede mostrar la posición geográfica en un mapa y ofrecer instrucciones de ruta (como en la navegación paso a paso ).

A partir de 2023 [actualizar], cuatro sistemas GNSS están operativos: el GPS original de los Estados Unidos, el Galileo de la Unión Europea, el GLONASS de Rusia , [1] [2] y el Sistema de Navegación por Satélite BeiDou de China . El Sistema de Navegación por Satélite Regional Indio (IRNSS) seguirá y el Sistema de Satélite Quasi-Zenith ( QZSS ) de Japón programado para 2023 aumentará la precisión de varios GNSS.

Un dispositivo de navegación por satélite puede recuperar información de ubicación y tiempo de uno o más sistemas GNSS en todas las condiciones climáticas, en cualquier lugar sobre o cerca de la superficie de la Tierra. La recepción de Satnav requiere una línea de visión sin obstáculos a cuatro o más satélites GNSS, [3] y está sujeta a malas condiciones de señal de satélite. En condiciones de señal excepcionalmente pobres, por ejemplo en áreas urbanas, las señales de satélite pueden exhibir propagación por trayectos múltiples donde las señales rebotan en las estructuras, o se debilitan por las condiciones meteorológicas. Las líneas de visión obstruidas pueden surgir de un dosel de árboles o dentro de una estructura, como en un edificio, garaje o túnel. Hoy en día, la mayoría de los receptores de Satnav independientes se utilizan en automóviles. La capacidad de Satnav de los teléfonos inteligentes puede utilizar tecnología GNSS asistida (A-GNSS), que puede utilizar la estación base o torres celulares para proporcionar un Tiempo hasta la Primera Fijación (TTFF) más rápido, especialmente cuando las señales de satélite son deficientes o no están disponibles. Sin embargo, la parte de red móvil de la tecnología A-GNSS no estaría disponible cuando el teléfono inteligente estuviera fuera del alcance de la red de recepción móvil, mientras que el aspecto de navegación por satélite seguiría estando disponible en caso contrario.

Historia

Como sucede con muchos otros avances tecnológicos de finales del siglo XX, se puede afirmar razonablemente que el sistema GNSS moderno es un resultado directo de la Guerra Fría de finales del siglo XX. El gasto multimillonario de los programas estadounidense y ruso se justificó inicialmente por intereses militares. En cambio, el Galileo europeo fue concebido como un sistema puramente civil .

En 1960, la Armada de los Estados Unidos puso en servicio su sistema de navegación por satélite Transit para ayudar a la navegación naval. A mediados de la década de 1960, la Armada de los Estados Unidos realizó un experimento para rastrear un submarino con misiles con seis satélites y polos en órbita y pudo observar cambios en los satélites. [4] Entre 1960 y 1982, a medida que se demostraban los beneficios, el ejército estadounidense mejoró y refinó constantemente su tecnología de navegación por satélite y su sistema de satélites. En 1973, el ejército estadounidense comenzó a planificar un sistema de navegación mundial integral que finalmente se conocería como GPS (Sistema de posicionamiento global).

Receptor GPS portátil Magellan Trailblazer XL 1993

En 1983, tras la tragedia del derribo del vuelo 007 de Korean Air Lines , un avión que fue derribado mientras se encontraba en el espacio aéreo soviético debido a un error de navegación, el presidente Ronald Reagan puso a disposición de los civiles las capacidades de navegación del sistema GPS militar existente. Sin embargo, el uso civil inicialmente fue sólo una señal de posicionamiento de " disponibilidad selectiva " ligeramente degradada. Esta nueva disponibilidad del sistema GPS militar estadounidense para uso civil requirió cierta colaboración técnica con el sector privado durante algún tiempo, antes de que pudiera convertirse en una realidad comercial. El Macrometer Interferometric Surveyor fue el primer sistema comercial basado en GNSS para realizar mediciones geodésicas . [5] [6]

En 1989, Magellan Navigation Inc. presentó su Magellan NAV 1000, el primer receptor GPS portátil comercial del mundo. Estas unidades se vendieron inicialmente por aproximadamente US$2.900 cada una. En 1990, el Eunos Cosmo de Mazda fue el primer automóvil de producción en el mundo con un sistema de navegación por satélite incorporado . [7] En 1991, Mitsubishi introdujo la navegación por satélite para automóviles en el Mitsubishi Debonair (MMCS: Mitsubishi Multi Communication System). [8] En 1997, se desarrolló un sistema de navegación que utiliza GPS diferencial como una opción instalada de fábrica en el Toyota Prius . [9] En 2000, la administración Clinton eliminó las restricciones de señal para uso militar, proporcionando así acceso comercial completo al sistema de satélite Satnav de EE. UU.

A medida que los sistemas de navegación GNSS se fueron extendiendo y popularizando, el precio de dichos sistemas comenzó a bajar y su disponibilidad aumentó de manera constante. Varios fabricantes adicionales de estos sistemas, como Garmin (1991), Benefon (1999), Mio (2002) y TomTom (2002) entraron en el mercado. Mitac Mio 168 fue el primer PocketPC que contenía un receptor GPS incorporado. [10] La entrada de Benefon en el mercado en 1999 también presentó a los usuarios el primer sistema de navegación GPS basado en teléfono del mundo. Más tarde, a medida que se desarrollaba la tecnología de los teléfonos inteligentes, un chip GPS finalmente se convirtió en equipo estándar para la mayoría de los teléfonos inteligentes. Hasta la fecha, los sistemas y dispositivos de navegación por satélite cada vez más populares continúan proliferando con aplicaciones de software y hardware de nuevo desarrollo. Se ha incorporado, por ejemplo, en cámaras.

Si bien el GPS estadounidense fue el primer sistema de navegación por satélite que se implementó a escala mundial y que se puso a disposición para uso comercial, no es el único sistema de este tipo. Debido a preocupaciones militares y de otro tipo, Rusia, la Unión Europea, China, India y Japón han implementado o implementarán pronto sistemas globales o regionales similares.

Diseño técnico

Los dispositivos GNSS varían en sensibilidad, velocidad, vulnerabilidad a la propagación por trayectos múltiples y otros parámetros de rendimiento. Los receptores de alta sensibilidad utilizan grandes bancos de correladores [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] y procesamiento de señales digitales para buscar señales muy rápidamente. Esto da como resultado tiempos muy rápidos para la primera fijación cuando las señales están en sus niveles normales, por ejemplo, al aire libre. Cuando las señales son débiles, por ejemplo, en interiores, la potencia de procesamiento adicional se puede utilizar para integrar señales débiles hasta el punto en que se puedan utilizar para proporcionar una solución de posición o tiempo.

Las señales GNSS son muy débiles cuando llegan a la superficie de la Tierra. Los satélites GPS solo transmiten 27 W (14,3 dBW) desde una distancia de 20.200 km en órbita sobre la Tierra. Cuando las señales llegan al receptor del usuario, suelen ser tan débiles como −160  dBW , equivalente a 100 attovatios (10 −16  W) [ aclaración necesaria ] . Esto está muy por debajo del nivel de ruido térmico en su ancho de banda. En exteriores, las señales GPS suelen rondar el nivel de −155 dBW (−125  dBm ).

Los receptores GPS convencionales integran las señales GPS recibidas durante el mismo tiempo que dura un ciclo de código C/A completo , que es de 1 ms. Esto da como resultado la capacidad de adquirir y rastrear señales hasta un nivel de aproximadamente -160 dBW. Los receptores GPS de alta sensibilidad pueden integrar las señales entrantes hasta 1000 veces más tiempo que esto y, por lo tanto, adquirir señales hasta 1000 veces más débiles, lo que da como resultado una ganancia de integración de 30 dB. Un buen receptor GPS de alta sensibilidad puede adquirir señales hasta -185 dBW y el seguimiento puede continuar hasta niveles cercanos a -190 dBW.

El GPS de alta sensibilidad puede proporcionar posicionamiento en muchos lugares interiores , pero no en todos. Las señales se atenúan considerablemente debido a los materiales de construcción o se reflejan como en el caso de trayectos múltiples . Dado que los receptores GPS de alta sensibilidad pueden ser hasta 30  dB más sensibles, esto es suficiente para rastrear a través de 3 capas de ladrillos secos o hasta 20 cm (8 pulgadas) de hormigón reforzado con acero, por ejemplo. [ cita requerida ]

Entre los ejemplos de chips receptores de alta sensibilidad se incluyen SiRFstarIII y MTK II de MediaTek . [11]

Un receptor GPS secuencial rastrea los satélites necesarios utilizando normalmente uno o dos canales de hardware. [12] El equipo rastreará un satélite a la vez, etiquetará con tiempo las mediciones y las combinará cuando se hayan medido los cuatro pseudodistancias de satélite. Estos receptores se encuentran entre los menos costosos disponibles, pero no pueden operar en condiciones de alta dinámica y tienen el rendimiento de tiempo hasta la primera corrección (TTFF) más lento .

Tipos

Los dispositivos de navegación GNSS para el consumidor incluyen:

  • Dispositivos de navegación GNSS dedicados
  • módulos que necesitan estar conectados a una computadora para ser utilizados
  • registradores que registran información de viajes para descargarla. Este tipo de rastreo GPS es útil para la señalización de rutas, la cartografía por parte de excursionistas y ciclistas y la producción de fotografías geocodificadas .
  • Dispositivos convergentes, incluidos los teléfonos con navegación por satélite y las cámaras con geoetiquetado , en los que el GNSS es una característica más que el propósito principal del dispositivo. La mayoría de los dispositivos GNSS son ahora dispositivos convergentes y pueden utilizar GPS asistido o autónomo (no dependiente de la red) o ambos. La vulnerabilidad del GNSS de consumo a la interferencia de radiofrecuencia de los servicios de datos inalámbricos planificados es controvertida.

Dispositivos de navegación GNSS dedicados

Receptores portátiles
Un taxi japonés equipado con GPS

Los dispositivos dedicados tienen distintos grados de movilidad. Los receptores portátiles , para exteriores o deportivos tienen baterías reemplazables que pueden hacerlos funcionar durante varias horas, lo que los hace adecuados para caminatas , recorridos en bicicleta y otras actividades lejos de una fuente de energía eléctrica. Su diseño es ergonómico , sus pantallas son pequeñas y algunas no muestran color, en parte para ahorrar energía. Algunos usan pantallas de cristal líquido transflectivas , lo que permite su uso a plena luz del sol. Las carcasas son resistentes y algunas son resistentes al agua.

Otros receptores, a menudo llamados móviles , están pensados ​​principalmente para su uso en un coche, pero tienen una pequeña batería interna recargable que puede alimentarlos durante una o dos horas [ cita requerida ] fuera del coche. Los dispositivos de propósito especial para su uso en un coche pueden estar instalados de forma permanente y dependen completamente del sistema eléctrico del automóvil. Muchos de ellos tienen pantallas sensibles al tacto como método de entrada. Los mapas pueden almacenarse en una tarjeta de memoria . Algunos ofrecen funciones adicionales, como un reproductor de música rudimentario , un visor de imágenes y un reproductor de vídeo . [13]

El software preinstalado de los primeros receptores no mostraba mapas; los del siglo XXI suelen mostrar mapas de calles interactivos (de ciertas regiones) que también pueden mostrar puntos de interés , información de rutas e instrucciones de ruta paso a paso, a menudo en forma hablada con una función llamada " texto a voz ".

Los fabricantes incluyen:

Integración en teléfonos inteligentes

Casi todos los teléfonos inteligentes incorporan ahora receptores GNSS [ cita requerida ] . Esto ha sido impulsado tanto por la demanda de los consumidores como por los proveedores de servicios. Ahora hay muchas aplicaciones de teléfono que dependen de los servicios de ubicación, como las ayudas a la navegación, y múltiples oportunidades comerciales, como la publicidad localizada. En su desarrollo inicial, el acceso a los servicios de ubicación del usuario fue impulsado por los servicios de emergencia europeos y estadounidenses para ayudar a localizar a las personas que llaman. [14]

Todos los sistemas operativos de los teléfonos inteligentes ofrecen servicios gratuitos de mapas y navegación que requieren una conexión de datos; algunos permiten la compra y descarga de mapas por adelantado, pero la demanda de estos servicios está disminuyendo, ya que los mapas que dependen de la conexión de datos generalmente se pueden almacenar en caché de todos modos. Existen muchas aplicaciones de navegación y constantemente se lanzan nuevas versiones. Las aplicaciones más importantes incluyen Google Maps Navigation , Apple Maps y Waze , que requieren conexión de datos, iGo para Android, Maverick y HERE para Windows Phone, que utilizan mapas almacenados en caché y pueden funcionar sin conexión de datos. En consecuencia, casi cualquier teléfono inteligente ahora califica como un asistente de navegación personal .

El uso de teléfonos móviles como dispositivos de navegación ha superado el uso de dispositivos GNSS independientes. En 2009, la firma de analistas independientes Berg Insight descubrió que solo en los Estados Unidos se vendían 150 millones de teléfonos móviles GSM/WCDMA con capacidad GNSS, [15] frente a la venta de tan solo 40 millones de receptores GNSS independientes. [16]

El GPS asistido (A-GPS) utiliza una combinación de datos satelitales y datos de torres celulares para acortar el tiempo de la primera fijación , reducir la necesidad de descargar un almanaque satelital periódicamente y ayudar a determinar una ubicación cuando las señales satelitales se ven perturbadas por la proximidad de grandes edificios. Cuando se está fuera del alcance de una torre celular, el rendimiento de ubicación de un teléfono que utiliza A-GPS puede verse reducido. Los teléfonos con un sistema de posicionamiento híbrido basado en A-GPS pueden mantener una fijación de ubicación cuando las señales GPS son inadecuadas mediante la triangulación de torres celulares y ubicaciones de puntos de acceso WiFi. La mayoría de los teléfonos inteligentes descargan un almanaque satelital cuando están en línea para acelerar una fijación GPS cuando están fuera del alcance de la torre celular. [17]

Algunos teléfonos más antiguos, habilitados para Java y que carecen de GPS integrado, aún pueden usar receptores GPS externos a través de conexiones seriales o Bluetooth , pero ahora la necesidad de esto es poco común.

Al conectarse a una computadora portátil , algunos teléfonos también pueden proporcionar servicios de localización a una computadora portátil. [18]

PC de bolsillo, portátil y de palma

Las compañías de software han puesto a disposición programas de software de navegación GPS para uso en vehículos en computadoras portátiles. [19] Los beneficios del GPS en una computadora portátil incluyen una vista general de mapas más grande, la capacidad de usar el teclado para controlar las funciones del GPS y algunos programas de GPS para computadoras portátiles ofrecen funciones avanzadas de planificación de viajes que no están disponibles en otras plataformas, como paradas a mitad de camino, capacidad de encontrar rutas panorámicas alternativas, así como solo la opción de autopista.

Los Palms [20] y los Pocket PC también pueden estar equipados con navegación GPS. [21] Un Pocket PC se diferencia de un dispositivo de navegación dedicado en que tiene su propio sistema operativo y también puede ejecutar otras aplicaciones.

Módulos GPS

Un moderno receptor GPS de 20 canales basado en chip SiRFstarIII con soporte WAAS/EGNOS

Otros dispositivos GPS necesitan estar conectados a un ordenador para funcionar. Este ordenador puede ser un ordenador doméstico , un portátil , una PDA , una cámara digital o un teléfono inteligente . Según el tipo de ordenador y los conectores disponibles, las conexiones se pueden realizar a través de un cable serial o USB , así como Bluetooth , CompactFlash , SD , PCMCIA y la más reciente ExpressCard . [22] Algunas unidades GPS PCMCIA/ExpressCard también incluyen un módem inalámbrico . [23]

Los dispositivos normalmente no vienen con software de navegación GPS preinstalado , por lo que, una vez adquiridos, el usuario debe instalar o escribir su propio software. Como el usuario puede elegir qué software utilizar, puede adaptarse mejor a sus gustos personales. Es muy común que un receptor GPS basado en PC venga con un paquete de software de navegación. Además, los módulos de software son significativamente más baratos que los sistemas independientes completos (alrededor de 50 a 100 € ). El software puede incluir mapas solo para una región en particular, o para todo el mundo, si se utiliza un software como Google Maps.

Algunos aficionados también han fabricado algunos dispositivos de navegación por satélite y han hecho públicos los planos. Entre ellos se encuentran las unidades GPS de Elektor. [24] [25] Se basan en un chip SiRFstarIII y son comparables a sus homólogos comerciales. También hay otros chips e implementaciones de software disponibles. [26]

Aplicaciones

Navegación del vehículo

Un sistema de navegación automotriz toma su ubicación de un sistema GNSS y, dependiendo del software instalado, puede ofrecer los siguientes servicios:

  • Cartografía, incluidos mapas de calles, de texto o en formato gráfico,
  • Instrucciones de navegación paso a paso mediante texto o voz,
  • Instrucciones enviadas directamente a un vehículo autónomo .
  • Mapas de congestión del tráfico, datos históricos o en tiempo real y direcciones alternativas sugeridas.
  • Información sobre servicios cercanos como restaurantes, estaciones de servicio y atracciones turísticas.
  • Rutas alternativas.

Aviación

Los aviadores utilizan el sistema de navegación por satélite para navegar y mejorar la seguridad y la eficiencia del vuelo. Esto puede permitir a los pilotos ser independientes de las ayudas a la navegación terrestres, habilitar rutas más eficientes y proporcionar navegación en aeropuertos que carecen de equipos de navegación y vigilancia terrestres. Ahora hay algunas unidades GPS que permiten a los aviadores obtener una visión más clara de las áreas donde se aumenta el satélite para poder tener aterrizajes seguros en malas condiciones de visibilidad. Ahora se han creado dos nuevas señales para GPS, la primera se creó para ayudar en condiciones críticas en el cielo y la otra hará que el GPS sea un servicio de navegación más robusto. Muchos servicios de aviadores han hecho que ahora sea un servicio obligatorio utilizar un GPS. [27] Las aplicaciones de la aviación comercial incluyen dispositivos GNSS que calculan la ubicación y envían esa información a grandes computadoras de navegación de múltiples entradas para el piloto automático , pantallas de información y corrección del curso para los pilotos y dispositivos de seguimiento y registro del curso.

Militar

Las aplicaciones militares incluyen dispositivos similares a los productos deportivos de consumo para soldados de a pie (comandantes y soldados regulares), vehículos pequeños y barcos, y dispositivos similares a las aplicaciones de aviación comercial para aviones y misiles. Algunos ejemplos son el Asistente Digital del Comandante y el Asistente Digital del Soldado del ejército de los Estados Unidos . [28] [29] [30] [31] Antes de mayo de 2000, solo el ejército tenía acceso a la precisión total del GPS. Los dispositivos de consumo estaban restringidos por la disponibilidad selectiva (SA), que estaba programada para ser eliminada gradualmente pero fue eliminada abruptamente por el presidente Clinton. [32] El GPS diferencial es un método para cancelar el error de SA y mejorar la precisión del GPS, y ha estado disponible de manera rutinaria en aplicaciones comerciales como para carros de golf. [33] El GPS está limitado a una precisión de aproximadamente 15 metros incluso sin SA. El DGPS puede estar dentro de unos pocos centímetros. [34]

Asuntos

Peligros de confiar en el sistema de navegación por satélite

El sistema de navegación por satélite puede sugerir una ruta imposible porque no tiene en cuenta todas las condiciones.

Los mapas y direcciones del GPS a veces son imprecisos. [ cita requerida ] Algunas personas se han perdido al preguntar por la ruta más corta, como una pareja en los Estados Unidos que buscaba la ruta más corta desde el sur de Oregón hasta Jackpot, Nevada . [35]

En agosto de 2009, una joven madre y su hijo de seis años quedaron varados en el Valle de la Muerte después de seguir las instrucciones de un navegador por satélite que la llevaron por un camino sin salida sin pavimentar. Cuando los encontraron cinco días después, su hijo había muerto por los efectos del calor y la deshidratación . [36]

En mayo de 2012, unos turistas japoneses en Australia se quedaron varados cuando viajaban a la isla North Stradbroke y su navegador les indicó que condujeran hasta la bahía Moreton . [37]

En 2008, Satnav desvió un autobús del equipo de softbol hacia un túnel de 9 pies, lo que cortó la parte superior del autobús y hospitalizó a todo el equipo. [38]

Brad Preston, de Oregón, afirma que la gente entra a su casa entre cinco y ocho veces por semana porque su navegador muestra una calle que pasa por su propiedad. [38]

John y Starry Rhodes, una pareja de Reno, Nevada, regresaban a casa en coche desde Oregón cuando empezaron a ver que había mucha nieve en la zona, pero decidieron seguir adelante porque ya habían recorrido 48 kilómetros. Sin embargo, el navegador los llevó a un camino en el bosque de Oregón que no estaba despejado y se quedaron atrapados durante tres días. [38]

Mary Davis conducía por un lugar desconocido cuando su navegador le indicó que girara a la derecha para incorporarse a una vía de tren mientras se acercaba un tren. Mary tuvo suerte de que un agente de policía local se diera cuenta de la situación y la instó a salir del coche lo más rápido que pudiera. Mary tuvo la suerte de salir del coche dejando que el tren lo embistiera y lo destrozara. El agente comentó que había muchas posibilidades de que hubiera habido una víctima mortal. [38]

Otros peligros incluyen que un callejón esté catalogado como calle, que un carril esté identificado como carretera [39] o que las vías del tren sean una carretera. [40]

Los mapas obsoletos a veces hacen que la unidad guíe al usuario por una ruta indirecta que hace perder el tiempo, ya que las carreteras pueden cambiar con el tiempo. La información del sistema de navegación por satélite para teléfonos inteligentes suele actualizarse automáticamente y sin cargo adicional. Los fabricantes de dispositivos de navegación por satélite independientes también ofrecen servicios de actualización de mapas para sus productos, generalmente a cambio de una tarifa.

Preocupaciones sobre la privacidad

La privacidad del usuario puede verse comprometida si los dispositivos portátiles equipados con navegadores por satélite, como los teléfonos móviles, cargan datos de geolocalización del usuario a través del software asociado instalado en el dispositivo. La geolocalización del usuario es actualmente la base de aplicaciones de navegación como Google Maps, publicidad basada en la ubicación , que puede promocionar tiendas cercanas y puede permitir que una agencia de publicidad rastree los movimientos y hábitos del usuario para uso futuro. Los organismos reguladores difieren entre países en cuanto al tratamiento de los datos de geolocalización como privilegiados o no. Los datos privilegiados no se pueden almacenar ni utilizar de otro modo sin el consentimiento del usuario. [41]

Los sistemas de seguimiento de vehículos permiten a los empleadores rastrear la ubicación de sus empleados, lo que plantea interrogantes sobre la violación de la privacidad de los empleados. Hay casos en los que los empleadores siguieron recopilando datos de geolocalización cuando un empleado estaba fuera de servicio en su tiempo libre. [42]

Los servicios de alquiler de coches pueden utilizar la misma técnica para limitar geográficamente a sus clientes a las zonas por las que han pagado, cobrando tasas adicionales por infracciones. [43] En 2010, la Unión de Libertades Civiles de Nueva York presentó una demanda contra el Departamento de Trabajo por despedir a Michael Cunningham después de rastrear su actividad diaria y sus ubicaciones utilizando un dispositivo de navegación por satélite conectado a su coche. [44] Los investigadores privados utilizan dispositivos GPS implantados para proporcionar información a sus clientes sobre los movimientos de un objetivo.

Véase también

Wikivoyage tiene una guía de viajes para navegación GPS .
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Receptores GPS .

Referencias

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