Un sistema de navegación por satélite o satnav es un sistema que utiliza satélites para proporcionar un geoposicionamiento autónomo . Un sistema de navegación por satélite con cobertura global se denomina sistema de navegación global por satélite ( GNSS ). A partir de 2023 [actualizar], cuatro sistemas globales están operativos: el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos , el Sistema Global de Navegación por Satélite ( GLONASS ) de Rusia , el Sistema de Navegación por Satélite BeiDou (BDS) de China , [1] y el sistema europeo Galileo de la Agencia Espacial . [2]
Los sistemas de aumentación basados en satélites (SBAS), diseñados para mejorar la precisión del GNSS, [3] incluyen el sistema de satélites Quasi-Zenith de Japón(QZSS) [3] y el europeo EGNOS , ambos basados en GPS. Los sistemas de navegación regional por satélite (RNSS) operativos independientesincluyen generaciones anteriores del sistema de navegación BeiDou y el actual Sistema de navegación regional por satélite de la India (IRNSS) o NavIC. [4]
Los dispositivos de navegación por satélite determinan su ubicación ( longitud , latitud y altitud / elevación ) con alta precisión (entre unos pocos centímetros y metros) utilizando señales horarias transmitidas a lo largo de una línea de visión por radio desde los satélites. El sistema se puede utilizar para proporcionar posición, navegación o para rastrear la posición de algo equipado con un receptor (seguimiento por satélite). Las señales también permiten que el receptor electrónico calcule la hora local actual con gran precisión, lo que permite la sincronización horaria. Estos usos se conocen colectivamente como Posicionamiento, Navegación y Timing (PNT). Los sistemas de navegación por satélite funcionan independientemente de cualquier recepción telefónica o de Internet, aunque estas tecnologías pueden mejorar la utilidad de la información de posicionamiento generada.
La cobertura global para cada sistema generalmente se logra mediante una constelación de 18 a 30 satélites de órbita terrestre media (MEO) repartidos entre varios planos orbitales . Los sistemas reales varían, pero todos utilizan inclinaciones orbitales de >50° y períodos orbitales de aproximadamente doce horas (a una altitud de unos 20.000 kilómetros o 12.000 millas).
Los sistemas GNSS que proporcionan una mayor precisión y supervisión de la integridad utilizables para la navegación civil se clasifican de la siguiente manera: [5]
Según sus funciones en el sistema de navegación, los sistemas se pueden clasificar en:
Como muchos de los sistemas GNSS globales (y sistemas de aumentación) utilizan frecuencias y señales similares alrededor de L1, se han producido muchos receptores "Multi-GNSS" capaces de utilizar múltiples sistemas. Si bien algunos sistemas se esfuerzan por interoperar con el GPS lo mejor posible proporcionando el mismo reloj, otros no lo hacen. [8]
La radionavegación terrestre tiene décadas de antigüedad. Los sistemas DECCA , LORAN , GEE y Omega utilizaban transmisores de radio terrestres de onda larga que transmitían un pulso de radio desde una ubicación "maestra" conocida, seguido de un pulso repetido desde varias estaciones "esclavas". El retraso entre la recepción de la señal maestra y las señales esclavas permitió al receptor deducir la distancia a cada uno de los esclavos, proporcionando una solución .
El primer sistema de navegación por satélite fue Transit , un sistema implementado por el ejército estadounidense en los años 1960. El funcionamiento de Transit se basaba en el efecto Doppler : los satélites viajaban por trayectorias bien conocidas y transmitían sus señales en una frecuencia de radio bien conocida . La frecuencia recibida diferirá ligeramente de la frecuencia de transmisión debido al movimiento del satélite con respecto al receptor. Al monitorear este cambio de frecuencia durante un corto intervalo de tiempo, el receptor puede determinar su ubicación a un lado u otro del satélite, y varias mediciones de este tipo combinadas con un conocimiento preciso de la órbita del satélite pueden fijar una posición particular. Los errores de posición orbital de los satélites son causados por la refracción de las ondas de radio , cambios en el campo de gravedad (ya que el campo gravitacional de la Tierra no es uniforme) y otros fenómenos. Un equipo, dirigido por Harold L Jury de la División Aeroespacial Panamericana en Florida de 1970 a 1973, encontró soluciones y/o correcciones para muchas fuentes de errores. [ cita necesaria ] Utilizando datos en tiempo real y estimación recursiva, los errores sistemáticos y residuales se redujeron a una precisión suficiente para la navegación. [9]
Parte de la transmisión de un satélite en órbita incluye sus datos orbitales precisos. Originalmente, el Observatorio Naval de Estados Unidos (USNO) observaba continuamente las órbitas precisas de estos satélites. Cuando la órbita de un satélite se desviaba, el USNO enviaba la información actualizada al satélite. Las transmisiones posteriores desde un satélite actualizado contendrían sus efemérides más recientes .
Los sistemas modernos son más directos. El satélite transmite una señal que contiene datos orbitales (a partir de los cuales se puede calcular la posición del satélite) y la hora exacta en que se transmitió la señal. Los datos orbitales incluyen un almanaque aproximado para todos los satélites para ayudar a encontrarlos y una efeméride precisa para este satélite. Las efemérides orbitales se transmiten en un mensaje de datos que se superpone a un código que sirve como referencia temporal. El satélite utiliza un reloj atómico para mantener la sincronización de todos los satélites de la constelación. El receptor compara el tiempo de emisión codificado en la transmisión de tres (al nivel del mar) o cuatro (lo que permite también un cálculo de altitud) satélites diferentes, midiendo el tiempo de vuelo de cada satélite. Se pueden realizar varias mediciones de este tipo al mismo tiempo en diferentes satélites, lo que permite generar una posición continua en tiempo real utilizando una versión adaptada de trilateración : consulte Cálculo de posicionamiento GNSS para obtener más detalles.
Cada medición de distancia, independientemente del sistema utilizado, coloca el receptor en una carcasa esférica a la distancia medida de la emisora. Al tomar varias de estas medidas y luego buscar un punto donde se encuentran, se genera una solución. Sin embargo, en el caso de receptores que se mueven rápidamente, la posición de la señal se mueve a medida que se reciben señales de varios satélites. Además, las señales de radio se desaceleran ligeramente a medida que pasan a través de la ionosfera, y esta desaceleración varía con el ángulo del receptor con respecto al satélite, porque eso cambia la distancia a través de la ionosfera. Por lo tanto, el cálculo básico intenta encontrar la línea dirigida más corta tangente a cuatro capas esféricas achatadas centradas en cuatro satélites. Los receptores de navegación por satélite reducen los errores mediante el uso de combinaciones de señales de múltiples satélites y múltiples correlacionadores, y luego usan técnicas como el filtrado de Kalman para combinar los datos ruidosos, parciales y en constante cambio en una única estimación de posición, tiempo y velocidad.
La teoría de la relatividad general de Einstein se aplica a la corrección del tiempo por GPS, el resultado neto es que el tiempo en un reloj satelital GPS avanza más rápido que un reloj en tierra en aproximadamente 38 microsegundos por día. [10]
La motivación original de la navegación por satélite fueron las aplicaciones militares. La navegación por satélite permite la precisión en el lanzamiento de armas a los objetivos, aumentando considerablemente su letalidad y reduciendo al mismo tiempo las bajas inadvertidas por armas mal dirigidas. (Ver Bomba guiada ). La navegación por satélite también permite dirigir las fuerzas y localizarlas más fácilmente, reduciendo la niebla de guerra .
Ahora se utiliza un sistema global de navegación por satélite, como Galileo , para determinar la ubicación de los usuarios y la ubicación de otras personas u objetos en un momento dado. La gama de aplicaciones de la navegación por satélite en el futuro es enorme, e incluye tanto al sector público como al privado en numerosos segmentos del mercado como la ciencia, el transporte, la agricultura, los seguros, la energía, etc. [11] [12]
La capacidad de suministrar señales de navegación por satélite es también la capacidad de negar su disponibilidad. El operador de un sistema de navegación por satélite tiene potencialmente la capacidad de degradar o eliminar los servicios de navegación por satélite en cualquier territorio que desee.
En orden del primer año de lanzamiento:
Primer año de lanzamiento: 1978
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de Estados Unidos consta de hasta 32 satélites de órbita terrestre media en seis planos orbitales diferentes . El número exacto de satélites varía a medida que se retiran y reemplazan los satélites más antiguos. Operativo desde 1978 y disponible globalmente desde 1994, el GPS es el sistema de navegación por satélite más utilizado del mundo.
Primer año de lanzamiento: 1982
El anteriormente soviético , y ahora ruso , Glo bal'naya Na vigatsionnaya S putnikovaya S istema , (GLObal NAvigation Satellite System o GLONASS), es un sistema de navegación por satélite espacial que proporciona un servicio civil de radionavegación por satélite y también es utilizado por el Fuerzas de Defensa Aeroespacial de Rusia. GLONASS tiene cobertura global total desde 1995 y con 24 satélites activos.
Primer año de lanzamiento: 2000
BeiDou comenzó como el ahora fuera de servicio Beidou-1, una red local de Asia y el Pacífico en órbitas geoestacionarias. La segunda generación del sistema BeiDou-2 entró en funcionamiento en China en diciembre de 2011. [13] Se propone que el sistema BeiDou-3 esté compuesto por 30 satélites MEO y cinco satélites geoestacionarios (IGSO). En diciembre de 2012 se completó una versión regional de 16 satélites (que cubre el área de Asia y el Pacífico). El servicio global se completó en diciembre de 2018. [14] El 23 de junio de 2020, el despliegue de la constelación BDS-3 se completó por completo después de que el último satélite se completara con éxito. lanzado en el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang . [15]
Primer año de lanzamiento: 2011
La Unión Europea y la Agencia Espacial Europea acordaron en marzo de 2002 introducir su propia alternativa al GPS, denominada sistema de posicionamiento Galileo . Galileo entró en funcionamiento el 15 de diciembre de 2016 (capacidad operativa temprana global, EOC). [16] Con un coste estimado de 10 000 millones de euros, [17] el sistema de 30 satélites MEO estaba previsto inicialmente que estuviera operativo en 2010. El año original en que entró en funcionamiento fue 2014. [18] El primer satélite experimental se lanzó el 28 Diciembre de 2005. [19] Se espera que Galileo sea compatible con el sistema GPS modernizado . Los receptores podrán combinar las señales de los satélites Galileo y GPS para aumentar considerablemente la precisión. La constelación completa de Galileo consta de 24 satélites activos, [20] el último de los cuales se lanzó en diciembre de 2021. [21] [22] La principal modulación utilizada en la señal del Servicio Abierto de Galileo es la modulación de portadora compensada binaria compuesta (CBOC).
NavIC o NAVigation with Indian Constellation es un sistema de navegación por satélite regional autónomo desarrollado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO). El gobierno indio aprobó el proyecto en mayo de 2006. Consiste en una constelación de 7 satélites de navegación. [23] Tres de los satélites están colocados en órbita geoestacionaria (GEO) y los 4 restantes en órbita geosincrónica (GSO) para tener una mayor huella de señal y un menor número de satélites para mapear la región. Su objetivo es proporcionar una precisión de posición absoluta en todo clima superior a 7,6 metros (25 pies) en toda la India y dentro de una región que se extiende aproximadamente 1.500 km (930 millas) a su alrededor. [24] Un área de servicio ampliada se encuentra entre el área de servicio principal y un área rectangular encerrada por el paralelo 30 sur hasta el paralelo 50 norte y el meridiano 30 este hasta el meridiano 130 este , entre 1.500 y 6.000 km más allá de las fronteras. [25] Se ha declarado el objetivo de un control completo de la India, con el segmento espacial , el segmento terrestre y los receptores de usuario construidos en la India. [26]
La constelación estaba en órbita en 2018 y el sistema estuvo disponible para uso público a principios de 2018. [27] NavIC ofrece dos niveles de servicio, el "servicio de posicionamiento estándar", que estará abierto para uso civil, y un "servicio restringido". servicio" ( uno cifrado ) para usuarios autorizados (incluidos militares). Hay planes para ampliar el sistema NavIC aumentando el tamaño de las constelaciones de 7 a 11. [28]
India planea globalizar el NAVIC añadiendo 24 satélites MEO más. El Global NavIC será de uso gratuito para el público mundial. [29]
Las dos primeras generaciones del sistema de navegación BeiDou de China fueron diseñadas para brindar cobertura regional.
El aumento GNSS es un método para mejorar los atributos de un sistema de navegación, como la precisión, la confiabilidad y la disponibilidad, mediante la integración de información externa en el proceso de cálculo, por ejemplo, el Sistema de Aumento de Área Amplia , el Servicio Europeo de Superposición de Navegación Geoestacionaria , el Multi -Sistema funcional de aumento de satélites , GPS diferencial , navegación aumentada GEO asistida por GPS (GAGAN) y sistemas de navegación inercial .
El sistema de satélites Quasi-Zenith (QZSS) es un sistema regional de transferencia de tiempo de cuatro satélites y una mejora para GPS que cubre Japón y las regiones de Asia y Oceanía . Los servicios QZSS estuvieron disponibles a modo de prueba el 12 de enero de 2018 y se iniciaron en noviembre de 2018. El primer satélite se lanzó en septiembre de 2010. [30] Está previsto para 2023 un sistema de navegación por satélite independiente (de GPS) con 7 satélites. [ 31]
El Servicio Europeo de Navegación Geoestacionaria por Complemento (EGNOS) es un sistema de aumentación basado en satélites (SBAS) desarrollado por la Agencia Espacial Europea y EUROCONTROL en nombre de la Comisión Europea . Actualmente, complementa al GPS informando sobre la confiabilidad y precisión de sus datos de posicionamiento y enviando correcciones. El sistema complementará a Galileo en una versión futura.
EGNOS consta de 40 estaciones de monitoreo de integridad de alcance, 2 centros de control de misión, 6 estaciones terrestres de navegación, la red de área amplia (EWAN) de EGNOS y 3 satélites geoestacionarios . [32] Las estaciones terrestres determinan la precisión de los datos de los sistemas de navegación por satélite y los transfieren a los satélites geoestacionarios; Los usuarios pueden obtener libremente estos datos de dichos satélites utilizando un receptor compatible con EGNOS o a través de Internet. Uno de los usos principales del sistema es la aviación .
Según las especificaciones, la precisión de la posición horizontal cuando se utilizan las correcciones proporcionadas por EGNOS debería ser superior a siete metros. En la práctica, la precisión de la posición horizontal está al nivel del medidor.
En América del Norte el Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS) proporciona un servicio similar , en Rusia el Sistema de Vigilancia y Correcciones Diferenciales (SDCM) y en Asia el Sistema de Aumento de Satélite Multifuncional (MSAS) del Japón y el GPS de la India. Navegación aumentada GEO asistida (GAGAN).
El presupuesto de Galileo y EGNOS para el período 2021-2027 es de 9 000 millones de euros [33]Fuentes: [7] [40]
El uso de múltiples sistemas GNSS para el posicionamiento del usuario aumenta la cantidad de satélites visibles, mejora el posicionamiento puntual preciso (PPP) y acorta el tiempo promedio de convergencia. [41] El error de alcance de la señal en el espacio (SISRE) en noviembre de 2019 fue de 1,6 cm para Galileo, 2,3 cm para GPS, 5,2 cm para GLONASS y 5,5 cm para BeiDou cuando se utilizan correcciones en tiempo real para órbitas y relojes de satélites. [42] Los SISRE promedio de los satélites BDS-3 MEO, IGSO y GEO fueron 0,52 m, 0,90 my 1,15 m, respectivamente. En comparación con los cuatro principales sistemas mundiales de navegación por satélite formados por satélites MEO, el SISRE de los satélites BDS-3 MEO era ligeramente inferior a 0,4 m de Galileo, ligeramente superior a 0,59 m de GPS y notablemente superior a 2,33 m de GLONASS. El SISRE del BDS-3 IGSO era de 0,90 m, a la par de los 0,92 m del QZSS IGSO. Sin embargo, como los satélites GEO BDS-3 fueron lanzados recientemente y no funcionaban completamente en órbita, su SISRE promedio fue ligeramente peor que los 0,91 m de los satélites GEO QZSS. [3]
La Orbitografía Doppler y el Radioposicionamiento Integrados por Satélite (DORIS) es un sistema francés de navegación de precisión. A diferencia de otros sistemas GNSS, se basa en estaciones emisoras estáticas repartidas por todo el mundo, estando los receptores en satélites, para determinar con precisión su posición orbital. El sistema también se puede utilizar para receptores móviles en tierra con uso y cobertura más limitados. Utilizado con los sistemas GNSS tradicionales, lleva la precisión de las posiciones a una precisión centimétrica (y a una precisión milimétrica para aplicaciones altimétricas y también permite monitorear cambios estacionales muy pequeños de la rotación y las deformaciones de la Tierra), con el fin de construir un sistema de referencia geodésico mucho más preciso. [43]
Las dos redes de telefonía satelital operativas actuales en órbita terrestre baja (LEO) pueden rastrear unidades transceptoras con una precisión de unos pocos kilómetros utilizando cálculos de desplazamiento Doppler del satélite. Las coordenadas se envían de regreso a la unidad transceptora donde se pueden leer usando comandos AT o una interfaz gráfica de usuario . [44] [45] Esto también puede ser utilizado por la puerta de enlace para imponer restricciones en planes de llamadas geográficamente vinculados.
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) define un servicio de radionavegación por satélite ( RNSS ) como "un servicio de radiodeterminación por satélite utilizado con fines de radionavegación . Este servicio también puede incluir enlaces de conexión necesarios para su funcionamiento". [46]
El SRNS se considera un servicio de seguridad humana y una parte esencial de la navegación que debe protegerse de interferencias .
La radionavegación por satélite aeronáutica (abreviatura: ARNSS ) se define, según el artículo 1.47 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT ) [47] , como « un servicio de radionavegación en el que las estaciones terrenas están ubicadas a bordo de aeronaves ».
El servicio de radionavegación marítima por satélite (abreviado: MRNSS ) se define, según el artículo 1.45 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT ) [48] , como « un servicio de radionavegación por satélite en el que las estaciones terrenas están ubicadas a bordo de barcos». .»
El Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (artículo 1) clasifica los servicios de radiocomunicaciones como:
La asignación de frecuencias de radio se proporciona de acuerdo con el Artículo 5 del Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT (edición de 2012). [49]
Para mejorar la armonización en la utilización del espectro, la mayoría de las asignaciones de servicios se incorporan en Tablas nacionales de atribuciones y utilizaciones de frecuencias dentro de la responsabilidad de la administración nacional correspondiente. Las asignaciones son:
ISRO/DOS trabajará para ampliar la cobertura de regional a global para garantizar la disponibilidad de la señal independiente NavIC en cualquier parte del mundo sin depender de otros GNSS y ayudar en una amplia utilización del sistema de navegación indio en todo el mundo.
