Orígenes, aplicaciones e historia del localizador GPS

Hoy en día hemos cambiado los mapas de papel por los programas y aplicaciones del localizador GPS de nuestros teléfonos inteligentes, tabletas o computadoras. Como algo añadido los sistemas de GPS dedicados a esta tarea, se concentran para objetivos definidos de navegación profesional para autos, camiones, barcos y aeronaves.

Historia de los sistemas de navegación

El primer sistema de navegación fue el sol, la luna y las estrellas. Como las antiguas civilizaciones realizaban sus construcciones megalíticas, podemos ver ejemplos de esto en Teotihuacán, Stonehenge, las pirámides de Egipto, etc. Los puntos de referencia conocidos eran otra guía. Así por siglos el sistema terrestre y marítimo usaba mapas para poder viajar.

El desarrollo de la trigonometría, geometría y matemáticas eran materia obligada para los cartógrafos; la brújula y el astrolabio fueron las primeras máquinas en ayudar a los exploradores a seguir la ruta precisa a su destino. En el perfeccionamiento de estos aparatos, los mecanismos de relojería, con el péndulo se ampliaron al detalle de mediciones, pero existían problemas cuando acontecían fenómenos climáticos y meteorológicos, como las tormentas o tifones.

En el siglo XIX, con los avances en la comunicación se comienzan a usar nuevos métodos experimentales. El primero fueron los sistemas inerciales, máquinas que medían la relación entre la aceleración y la posición, usando acelerómetros y giroscopios para medir los cambios de dirección y velocidad. Eran usados en misiles, torpedos y vehículos militares, pero tenían por su naturaleza mecánica diferentes niveles de error.

Estos sistemas fueron perfeccionados hasta la aparición de las computadoras, las cuales les dieron mejor precisión, y siguieron usándose como métodos mecánicos de bajo costo hasta los años 80.

El abuelo del localizador GPS

Con la popularización y uso de la radio, se inventaron ya en el siglo XX los sistemas de radiolocalización, basados en la obtención de líneas de posición hiperbólicas, midiendo el tiempo de la llegada de ondas transmitidas por estaciones emisoras sincronizadas y de posición conocidas, sobre la superficie terrestre. En la Segunda Guerra Mundial, se creó el LORAN (Long Rang Navigation– Navegador de Largo Alcance), que guiaba los barcos en el Atlántico norte, sobre todo en las condiciones climatológicas de neblina o tormenta. El sistema se basaba en el uso de la frecuencia de 1.95 Mhz, teniendo un alcance de hasta 1,200 kilómetros sobre la superficie de la tierra. El sistema se actualizó después de la guerra para la marina civil, llamándose LORAN-A. Se intentó realizar un sistema global con las estaciones transmisoras de todo el mundo, el cual se llamó Omega, funcionando entre los 10 a 14 Khz, siguiendo la propagación del efecto esférico en el planeta, pero su precisión era muy baja. Se mejoró el sistema Loran, hasta llegar a su versión C, con una frecuencia de 100 Khz, teniendo mejores resultados.

Los comienzos del localizador GPS

En los primeros minutos de la mañana del 4 de Octubre de 1957, la Unión Soviética, lanza al espacio exterior su satélite artificial, el Sputnik I. Con apenas el tamaño de un balón de basquetbol y pesando 183 libras, alcanzó una órbita elíptica alrededor de la tierra por 98 minutos. Su localización, era monitorizada por el efecto Doppler, de la señal que transmitía. Debido a este hecho, se comenzó a pensar que la posición de un observador podía ser establecida por el estudio de las secuencias Doppler.

El Sputnik emitia un “bip”, una señal de 20 Mhz, la cual era detectable en la tierra. Esto le dio la idea a los físicos Willian Guier y George Weiffenbach para detectar estas señal con receptores en la tierra. Lograron grabarla y darse cuenta de la realidad de este artefacto en el espacio, y detectaron en su laboratorio a qué velocidad se desplazaba. Este accidente generó el sistema de cómo calcular la trayectoria de un satélite, de lo cual el director de la Universidad de Maryland los apoyó con fondos para su investigación, y fueron los cálculos medidos por la nueva computadora del campus, llamada UNIVAC. Pasaron los meses y ya tenían las coordenadas precisas del satélite.

Pero su descubrimiento dio origen a la idea inversa. ¿Se podría detectar la posición de un objeto receptor en la tierra, captando la señal de un satélite, conociendo de antemano la órbita del satélite? La respuesta era sí, y el director del Departamento de Física de la misma universidad, Frank McClure, fue el que impulso esta nueva investigación.

Estas ideas fueron la base para el sistema TRANSIT, de la armada de los Estados Unidos, comenzando operaciones desde 1964, usando seis satélites para conseguir una cobertura mundial de cálculo global. Al éxito del programa, en 1967, la Marina de los Estados Unidos desarrolló el satélite Timation con el objetivo de medir con relojes precisos en el espacio el tiempo de las señales emitidas. Esto sería la base para el sistema de futuro de localización GPS, desarrollándose en la misma época los relojes atómicos, los más precisos del mundo.

A la necesidad y amplitud de esta tecnología aplicada, en 197, se unieron los programas de la Fuerza Área, la Marina y la Armada de los Estados Unidos, en un solo protocolo, la señal modulada código PRN (Pseudo-Random Noise– Ruido Pseudoaleatorio), transformándose posteriormente en Navigation Techonology Program (Programa de Tecnología de Navegación) para ser renombrado como NAVSTAR GPS.

Entre 1978 a 1985 se lanzaron once satélites para este programa, llegando con los años al nivel de la capacidad actual de localización. Este desarrollo era de principal importancia, en estos años al haber ganado las elecciones del gobierno de Estados Unidos el actor Ronal Reagan y retomar la fuerza del Partido Republicano con la mayoría en el congreso en su tiempo.

Se le reconoce a la administración Reagan por convertir la carrera armamentista en una lucha tecnológica en todos los aspectos, imponiéndose ante el bloque soviético. Entre todos los avances generados en esta época, su programa punta era el llamado Guerra de las Galaxias en la realidad era más propaganda. El concepto de satélites equipados con láser, con la capacidad de frenar misiles nucleares, era muy fantasioso para esa época. Pero el mundo lo creyó. Lo que sí era una realidad era el perfeccionamiento e implementación del sistema de localización GPS, el cual tendría implicaciones en todos los sentidos de la vida moderna.

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