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Los sistemas globales satelitales de radionavegación-posicionamiento y sus aplicaciones – José Alberto Ramírez

Hoy en día, las aplicaciones terrestres de nuestra vida diaria se encuentran cada vez más relacionadas al uso de los sistemas globales satelitales de radionavegación y posicionamiento, por ejemplo, el internet de las cosas (IoT), las aplicaciones para llegar a un sitio determinado, transporte, agricultura, pesca, movilidad autónoma o conectada, 5G, Big Data, etc.

La radionavegación y posicionamiento por satélite realmente tienen su origen en el seno militar, pero su utilización se extiende cada día más al interior de la sociedad, incluyendo diversos sectores con actividad social, económica y financiera.

Por posicionamiento entendemos la determinación de posiciones de objetos estacionarios o en movimiento. Estas posiciones se pueden determinar con respecto a un sistema de coordenadas bien definido y tomando un punto de origen en un sistema de coordenadas local. Cuando el objeto a posicionar se encuentra sin movimiento, se hace referencia a un posicionamiento estático, en caso contrario se habla de un posicionamiento cinemático.

Ya es muy común hablar de GNSS (Global Navigation Satellite System), es decir, los sistemas satelitales de navegación global. GNSS se refiere a una constelación mundial de satélites que proporcionan señales desde el espacio y transmiten datos de posicionamiento y tiempo a los receptores GNSS de los usuarios. Los receptores usan los datos para determinar la posición, la navegación o el tiempo (PNT).

Fig. 1 Sistema GNSS (Cred. WordPress)

El concepto GNSS engloba a diferentes sistemas: GPS de Estados Unidos, Glonass de la Federación Rusa, Galileo de la Unión Europea, QZSS de Japón, IRNSS de la India y el Beidou de la República Popular de China; todos ellos permiten posicionamientos muy precisos, teniendo como base las señales emitidas por los satélites.

Posicionamiento hace referencia a las coordenadas del receptor (XR, YR, ZR) y sincronización a la coordinación precisa con la hora estándar. Los satélites utilizan relojes atómicos para que exista una sincronización entre todos los satélites de la constelación. El receptor del usuario lleva a cabo la comparación del tiempo de la emisión de la señal contra el tiempo de la señal recibida, lo cual se realiza por medio de un reloj interno.

Fig. 2 Localización por satélite (Cred. Fundcami)

Un reloj atómico es un mecanismo de resonancia atómica que aprovecha las propiedades químicas y físicas de los átomos con la intención de medir el tiempo de manera muy exacta. El reloj funciona por medio de una frecuencia de radiación de cesio.

Predecir con precisión la posición de un satélite en el tiempo es un asunto bastante complejo. Para ello se requiere predecir las efemérides, lo cual exige un conocimiento especializado de la dinámica de los satélites, que están íntegramente relacionadas con el campo de la mecánica celeste. Las efemérides son determinadas y predichas (en el tiempo) por los dueños (operadores) del sistema satelital.

También es posible que los usuarios establezcan una red independiente de estaciones de seguimiento, preferiblemente global, y calculen las efemérides en un modo posterior a la misión.

Los sistemas globales satelitales de radionavegación y posicionamiento son sistemas meramente pasivos, cuya base son las emisiones de radiofrecuencia de los satélites que forman parte de la constelación, responsables de proporcionar una referencia espacio-temporal del momento en cualquier lugar de la Tierra de manera ininterrumpida. Los sistemas están compuestos por redes de satélites, radio bases terrestres y receptores GNSS que ofrecen la posibilidad de radionavegación y posicionamiento en cualquier parte del mundo a cualquier hora bajo cualquier condición meteorológica.

Estos complejos sistemas se componen principalmente de: Segmento Espacial, Sistema de Control Terrestre y el Sistema Receptor del Usuario.

Dos sistemas precursores de los actuales sistemas globales satelitales de radionavegación y posicionamiento fueron los sistemas terrestres LORAN y OMEGA, los cuales utilizaban señales de radiofrecuencia desde una posición bien conocida como referencia, complementándose con otras provenientes de estaciones secundarias. Así, el retraso entre la recepción y la emisión de la señal de referencia en las estaciones secundarias ayudaba a conocer las distancias entre estas, lo cual contribuía a conocer la ubicación.

Los sistemas LORAN y OMEGA no usaban satélites, por ello en los años 60 aparece el sistema TRANSIT, el cual ya incorporaba el uso del segmento espacial. Las órbitas de los satélites y sus frecuencias emitidas eran bien conocidas, de tal forma que monitoreando las diferencias en frecuencia de la señal emitida y recibida daban como resultado la posición del receptor del usuario.

Como se puede ver, ubicar un objeto estático o dinámico es trascendental para estar a la vanguardia en cuanto a aplicaciones tecnológicas presentes y futuras que formarán parte de nuestras vidas, ya que sería complicado imaginar el desarrollo de las sociedades sin el uso de los sistemas globales satelitales de radionavegación y posicionamiento.

El doctor José Alberto Ramírez Aguilar es investigador de la Unidad de Alta Tecnología de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla

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Last modified: 6 noviembre, 2022
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