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Principio de trilateración GPS

1970
Receptor GPS que muestra señales de satélite y mediciones de distancia en física de ondas de radio.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El GPS determina la posición de un receptor mediante trilateración. Midiendo la distancia a al menos tres satélites, el receptor puede ubicar su posición en la superficie terrestre. La distancia se calcula multiplicando el tiempo de propagación de la señal por la velocidad de la luz. Se requiere un cuarto satélite para sincronizar el reloj del receptor y determinar las cuatro incógnitas: latitud, longitud, altitud y hora.

El principio fundamental del posicionamiento GPS se basa en una técnica geométrica denominada trilateración, o más precisamente, multilateración. Cada satélite GPS emite continuamente una señal que incluye su posición orbital precisa (efemérides) y la hora exacta de transmisión. Un receptor GPS, situado en la superficie terrestre o cerca de ella, capta estas señales de múltiples satélites. El receptor calcula la diferencia horaria entre el momento de envío y el de recepción de la señal. Esta diferencia horaria, conocida como tiempo de vuelo, se multiplica por la velocidad de la luz (c) para determinar la distancia, o «pseudodistancia», a dicho satélite. El término «pseudodistancia» se utiliza porque el reloj interno del receptor no está perfectamente sincronizado con los relojes atómicos de alta precisión de los satélites, lo que introduce un error de desfase horario.

Geométricamente, conocer la distancia a un satélite limita la posición del receptor a la superficie de una esfera centrada en ese satélite con un radio igual al pseudorango calculado. Con un segundo satélite, la posición se reduce a la intersección de dos esferas, que es un círculo. La señal de un tercer satélite proporciona una tercera esfera, y su intersección con el círculo de los dos primeros satélites da como resultado dos puntos posibles. Normalmente, uno de estos puntos es una ubicación sin sentido (por ejemplo, muy lejos en el espacio o en las profundidades de la Tierra), lo que permite al receptor determinar su posición 2D (latitud y longitud). Para resolver la cuarta incógnita, la altitud, y más importante aún, para corregir el error del reloj del receptor (Δt_receptor), es necesaria una señal de un cuarto satélite. Esto permite al receptor resolver un sistema de cuatro ecuaciones para cuatro incógnitas ([latex]x, y, z, Delta t_{receiver}[/latex]), lo que produce una posición 3D precisa y un tiempo exacto.

UNESCO Nomenclature: 2212
Física de las ondas de radio

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • navegación celeste
  • radiogoniometría (RDF)
  • sistema de navegación de largo alcance (LORAN)
  • sistema de satélites de tránsito (navsat)
  • principios básicos de geometría y trigonometría
  • medición de la velocidad de la luz

Aplicaciones

  • sistemas de navegación de vehículos
  • geoetiquetado de fotos
  • agricultura de precisión
  • gestión de desastres y servicios de emergencia
  • servicios basados ​​en la ubicación en teléfonos inteligentes

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: trilateración, multilateración, pseudodistancia, medición de distancia por satélite, tiempo de vuelo, posicionamiento GPS, navegación, geometría, velocidad de la luz, desfase horario.

Contexto histórico

Principio de trilateración GPS

1963
1964
1968
1970
1970
1975
1980
1962
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1980
1980

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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