GPS III ¿Dónde estamos? ¿Y a dónde vamos?

Hace quince años, salió al mercado el primer teléfono celular con GPS. Se desplomó, pero el factor de forma que fue pionero, combinando equipos de comunicaciones de grado casi militar con un dispositivo de consumo se ha quedado con nosotros..

No puedes doblar una esquina sin que tu teléfono o tu reloj o tus zapatos te digan a dónde ir porque saben exactamente dónde estás. Pero este no siempre fue el caso.

Una breve historia del GPS

Damos por sentado el GPS como una 'mercancía', un gran regalo de Reagan-Era Star Wars Cold War MADness que ocasionalmente enseña a los estudiantes de secundaria sobre la relatividad. El hecho deprimente es que el GPS (o GNSS como se clasificó en ese momento) solo se puso a disposición del público después de un desastre de una aerolínea inquietantemente familiar.

En 1983, solo cinco años después del lanzamiento del primer satélite NAVSTAR, el vuelo 007 de Korea Air Lines fue derribado después de cruzar al espacio aéreo soviético debido a un error de navegación del piloto. La respuesta global a la pérdida de las 269 almas a bordo estaba angustiada pero teñida con la Política de la Guerra Fría, y el presidente Ronald Reagan anunció que el GPS se pondría a disposición del mundo de forma gratuita para evitar tal tragedia..

El Sistema de Posicionamiento Global se diseñó originalmente por una necesidad militar de coordinar el movimiento de tropas y naves en áreas desconocidas (como el Golfo Pérsico, donde el GPS se usó por primera vez en el teatro en la Operación Tormenta del Desierto), así como el Sistema de Detección de Detonación Nuclear ( NUDET).

Los años de posicionamiento 'selectivo'

Debido al uso de múltiples satélites con relojes extremadamente precisos, el GPS tenía una precisión de posicionamiento de alrededor de 10 m desde el principio. Sin embargo, el Departamento de Defensa introdujo errores de posicionamiento intencional en las bandas civiles citando temores de que la tecnología se usaría contra ellos. Esto, como sucede a menudo, fracasó casi al instante.

Incluso durante el primer uso operativo del GPS en Desert Storm, el número limitado de unidades de receptor de GPS caros, hambrientos de energía y pesados ​​obligó a muchos miembros de las fuerzas armadas a utilizar receptores civiles 'baratos', livianos y casi ubicuos que fueron efectivamente inútiles en el campo debido a estos errores intencionales. Este era un problema tan reconocido que el sistema de inserción de errores (llamado Disponibilidad selectiva o simplemente SA) se apagó en todo el mundo durante el resto de la Guerra del Golfo ('90 -'91).

A lo largo de los años 90, los cuerpos militares, corporativos y civiles presionaron para que se eliminen las SA, con personas que van desde empresas de transporte hasta la FAA argumentando que el ruido espurio en la señal estaba limitando la utilidad y la adaptación del GPS en sus respectivas áreas. Estos errores fueron desactivados 'permanentemente' en 2000 por el presidente Bill Clinton.

Sin embargo, se está lanzando una nueva generación de satélites, que prometen un gran aumento no solo en la precisión, sino también en la disponibilidad del GPS. Designado como GPS Block III, o simplemente GPS III, este conjunto de 30 nuevos satélites reemplazará a los antiguos Block II y los ya desaparecidos Block I. De las 64 aves del Bloque I / II lanzadas, 33 permanecen operativas, la más antigua es Navstar IIA-01, con 23 años de edad..

Las razones por las que estos satélites son una mejora masiva son más complicadas que “es más rápido de bloquear y más preciso”. Este es el por qué.

Cómo funciona el GPS

El GPS funciona como un sistema de transmisión puramente; no requiere ninguna conexión de datos para indicar su posición (aunque la mayoría de las aplicaciones necesitarán una conexión de datos ¿Cansado de la conexión de datos de su aplicación GPS? Pruebe 3 mapas sin conexión actualizados [Android] ¿Cansado de la conexión de datos de su aplicación GPS? 3 Mapas sin conexión actualizados [Android] No hace mucho tiempo, Chris cubrió tres de las mejores aplicaciones de GPS sin conexión disponibles en Android. Desde entonces, muchas otras aplicaciones de GPS lanzaron o recibieron actualizaciones importantes. ¿Estos recién llegados se comparan favorablemente con los revisados ​​por ... para el mapeo? -lado). Su teléfono o SatNav no está hablando con el satélite a 12,500 millas de distancia, solo escucha en una frecuencia particular para códigos particulares.

Su teléfono escucha un canal en particular, o 'banda' con cada satélite transmitiendo su propio código de tiempo personal basado en su propio reloj atómico flotando en órbita. Sin embargo, dado que cada satélite está a una distancia diferente de la suya, cuando reciba estos 'ticks', estarán ligeramente fuera de sincronización. Luego, su dispositivo GPS intenta sincronizar cada transmisión con un reloj interno, para que pueda determinar qué tan lejos está cada satélite de su ubicación.

Entonces, estás a X, Y y Z millas de distancia de tres satélites. Estos están al menos a 12,500 millas por encima de su cabeza, y viajan a 14,000 millas por hora, y no tiene idea de dónde están o hacia dónde van. Esto no es de gran ayuda hasta que agreguemos el código de tiempo que transmite cada satélite, que contiene mucha más información que solo el tiempo.

Se donde estoy pero donde estas?

Para determinar dónde estamos basados ​​en los 'ticks' de los satélites, necesitamos un poco de información adicional que ya se transmite en el código de tiempo, lo que se llama un 'Almanaque'. Contiene información sobre las características de la órbita actual de cada satélite. Entonces, su teléfono construye un pequeño modelo de planetario basado en el tiempo que es preciso hasta unos pocos nanosegundos. Resuelve dónde están los satélites en el espacio y dónde estás en relación con los satélites. Cómo funciona el GPS [Explica MakeUseOf] Cómo funciona el GPS [Explica MakeUseOf] Como un ávido jugador, me sorprende la correlación entre las características similares a GPS en videojuegos modernos y la proliferación de la tecnología GPS en la vida mundana. Cuando era niño, los mapas en papel y la cartografía eran ... Auge. El Starbucks más cercano está a 12,6 metros..

Ahora se pone interesante; eso es solo una 'banda' o canal. Originalmente había tres canales; dos (L1 / L2) se usaron para Adquisición y Posicionamiento respectivamente. Estos se usaron en aplicaciones de consumo, pero si tenía un código de cifrado particular (comúnmente llamado código Gold), obtiene una mayor precisión, solo señales militares.

Finalmente, la banda L3 está reservada para las detecciones de detonación nuclear, que monitorea el mundo en busca de eventos infrarrojos de alta energía y se utiliza principalmente para hacer cumplir los tratados de prohibición de pruebas nucleares. Pero las nuevas versiones del estándar GPS vienen con nuevas características emocionantes.

Lo nuevo en GPS III?

En los sistemas posteriores del Bloque II y el nuevo Bloque III, el número de bandas disponibles se incrementa a 5. L4 se deja como una banda de investigación, mientras que L5 incluye la Seguridad de Vida (Datos SoL y señales Piloto), que es extremadamente versión confiable de GPS para usuarios de aviación, marítima y 'búsqueda y rescate'.

En los nuevos sistemas, el método de superposición de datos en la misma señal utilizando un código Gold (CDMA) también se utiliza para producir señales adicionales para canales civiles y militares (L2C y M-Code respectivamente) que hacen dos cosas muy interesantes por separado.

El código L2C es 250 veces "detectable" (que no es lo mismo que "más fuerte") y opera en una banda diferente de la que normalmente usa el GPS civil. Dado que ahora tendremos acceso a dos bandas, podemos compararlas en tiempo real para compensar la interferencia atmosférica, lo que significa que los consumidores finalmente podrán obtener un posicionamiento confiable en interiores (dentro de lo razonable) .

El código M es el elemento de gran boleto que justifica los nuevos cambios en el funcionamiento del GPS. Los dos grandes avances en este sentido son la direccionalidad y el anti-jamming. En lugar del sistema normal de 'transmisión de toda la tierra', los nuevos satélites del Bloque III tendrán antenas de código M direccional y de tierra entera, proporcionando a las tropas una recepción 100 veces más fuerte dentro del cono del haz, que será (solo) varios cientos de kilómetros a través de.

En relación con esta bomba de potencia, las señales de M-Code también incluirán una serie de técnicas de corrección de errores, anti-interferencia, anti-spoofing y transmisión de datos para combatir los sistemas locales de negación GPS y garantizar que las tropas siempre tengan los mejores datos de posición disponibles, independientemente de clima, ubicación o enemigo.

Además de esto, hay las actualizaciones habituales que se producen cuando compra un nuevo kit; Los relojes Rubidium más rápidos brindan una sincronización más precisa y una mejor posición del receptor. Mientras tanto, mejores paneles solares proporcionarán más energía a antenas más fuertes, lo que significa más energía en el extremo receptor.

Entonces tienes las adiciones habituales cuando los gobiernos se involucran en cosas; La NASA ha pedido que se fijen en algunos retroreflectores láser (espejos) para proporcionar un mejor seguimiento terrestre de las órbitas, y la Fuerza Aérea está presionando para agregar capacidad adicional de Búsqueda y Rescate (SAR) en la parte superior de los canales de datos SoL existentes. Esto es parte de un estándar global para sistemas SAR que involucra a 37 países, y no solo proporcionará detección y ubicación de señales de emergencia instantáneas, sino también la capacidad de enviar mensajes cortos de regreso al receptor.

¿Está en el aire??

Muchos de estos avances se basan no solo en satélites actualizados sino también en estaciones terrestres actualizadas, anteriormente llamadas “Segmentos de control operacional”(OCS) Estas estaciones terrestres son lugares en todo el mundo y coordinan rutas orbitales, densidad de cobertura y capacidades de búsqueda y rescate / detección nuclear para la red GPS, así como también corrigen periódicamente esa molesta dilatación del tiempo de relatividad especial. Las nuevas versiones de estas estaciones terrestres (OCX) permiten la mayoría de estos avances y permiten la interoperabilidad entre los sistemas GNSS de EE. UU. Y Europa (PS, es por eso que el GPS apesta si estás en Europa en comparación con los EE. UU.; Tenemos menos pájaros sobre nuestras cabezas).

Desafortunadamente, son estos nuevos e impresionantes sistemas los que retrasan el lanzamiento de GPS III. El contratista de defensa Lockheed Martin fue contratado para construir el primero de los satélites, pero las nuevas computadoras de gestión y navegación L2C de Exelis lo retrasaron; mientras que Raytheon ha sido contratado para construir los OCX, que han experimentado sobrecostos presupuestarios significativos.

Resumen y especulación

Los beneficios del nuevo sistema de Bloque III, incluidos algunos de los bits en el Bloque II lanzado actualmente, se pueden resumir como:

• Disminución del tiempo de adquisición
• Mayor recepción en interiores
• Mayor precisión y sensibilidad al movimiento
• Área de cobertura más amplia
• Mayor precisión para escenarios de despliegue militar utilizando un haz enfocado
• Aumento de las capacidades de Anti-Jamming (no está claro si esto se aplica tanto a las señales civiles como militares, pero soy optimista)
• Mayor interoperabilidad con el sistema de posicionamiento GALILEO de Europa
• Disminución del tiempo de respuesta de búsqueda y rescate y mejor cobertura global con cierta capacidad de mensajería, lo que podría haber evitado la pérdida de MH370

Con retrasos tanto en los sistemas satelitales como en los segmentos de control de tierra, es poco probable que veamos todas las ventajas para el usuario final de estos sistemas hasta finales de 2015 / mediados de 2016. Sin embargo, una vez que suban, tienen una vida propuesta. de 15 años, entonces, ¿a dónde vamos después de eso??

Estados Unidos ya no es el único jugador en Global Navigation. Rusia ha tenido GLONASS desde mediados de los 90 y en los últimos 5 años, los sistemas BeiDou de China y GALILEO de Europa se han conectado. Por último, pero no menos importante, el Sistema Indio de Navegación por Satélite Regional (IRNASS) está programado para entrar en funcionamiento en los próximos años.

Todos estos tienen diferentes enfoques regionales, por lo que la gran pregunta es, ¿quién colaborará primero? ¿Serán fabricantes de receptores o gobiernos globales? ¿O volveremos a los días en que los viajeros globales tenían que tener un teléfono celular para cada continente??

Con las nuevas extensiones para GPS, EE. UU. Ha demostrado su disposición a trabajar con el sistema europeo, al igual que Rusia al proporcionar interoperabilidad de seguridad de vida con GPS y GALILEO. Los cielos se están ocupando, y a este ritmo habrá al menos 120 satélites en el cielo que proporcionarán posicionamiento a 'alguien'. Si todo va bien, nosotros, los consumidores pobres, incluso podríamos usar la mayoría de ellos, reduciéndonos a una precisión de unas pocas pulgadas, incluso en interiores. Eso significa satisfacer los requisitos de la FAA para pilotos automáticos de aproximación de precisión para aeronaves (pista y drones), así como permitir una detección de carril mucho más precisa para automóviles autónomos. Así es como llegaremos a un mundo lleno de autos sin conductor. Llegará a un mundo lleno de autos sin conductor Conducir es una tarea tediosa, peligrosa y exigente. ¿Podría algún día ser automatizado por la tecnología de automóviles sin conductor de Google?? .

Agregue esto a los avances en dispositivos portátiles. 6 Dispositivos portátiles que se comparan: lo que está de moda y lo que no. 6 Dispositivos portátiles que se comparan: lo que está de moda y lo que no. Le presento seis de los dispositivos tecnológicos portátiles más interesantes y útiles del mercado, o pronto ingresarlo. e IoT ¿Qué es el Internet de las cosas y cómo afectará nuestro futuro? [Explica MakeUseOf] ¿Qué es el Internet de las cosas y cómo afectará nuestro futuro? [Explica MakeUseOf] Parece que hay nuevas palabras de moda apareciendo y muriendo con cada uno día que nos pasa, y "Internet de las cosas" resulta ser una de las ideas más recientes que ... dispositivos (por más aterrador que sea) ¿Por qué Internet de las cosas es la mayor pesadilla de seguridad? ¿Por qué Internet de las cosas es la más grande? Security Nightmare Un día, llegas a casa del trabajo y descubres que se ha violado tu sistema de seguridad en el hogar habilitado para la nube. ¿Cómo podría suceder esto? Con Internet de las cosas (IoT), podrías descubrirlo por las malas). estamos viendo un futuro de dispositivos pequeños que saben dónde están y pueden hablar entre ellos. Smart-Wallets, Timbres inteligentes que solo "suenan" si hay alguien en la casa, llaveros, bolsos, todas estas cosas que pueden hablarle a su teléfono celular y decirle dónde están con una precisión de unas pocas pulgadas (Entonces finalmente podría descubrirlo donde dejé mis llaves ...).

Estos son solo algunos de mis pensamientos sobre dónde nos llevará esta tecnología, pero ¿cuál es su historia? ¿Qué podrías hacer con los dispositivos con reconocimiento de posición? Deberíamos tener miedo?

Y, como siempre, cualquier pregunta o algo que haya leído demasiado, pregunte en los comentarios..

Créditos de imagen: History Rat: Operation Desert Storm - The Ground War; Mashup of Two pieces por DonkeyHotey, lanzado (y relanzado) bajo CC-SA-2.0, Canada Search and Rescue by Bmpower en Wikipedia en inglés (trabajo propio); Trilateration 2D por Javiersanp a través de Wikimedia Commons (trabajo propio GFDL o CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0), mapa de segmentos de control GPS con licencia de dominio público a través de GPS.gov; Debris-GEO1280 por la Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA, con licencia de dominio público, a través de Wikimedia Commons