Un dispositivo de navegación por satélite , dispositivo de navegación por satélite o receptor de navegación por satélite es un equipo de usuario que utiliza uno o más de varios sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) para calcular la posición geográfica del dispositivo y proporcionar consejos de navegación. Dependiendo del software utilizado, el dispositivo de navegación por satélite puede mostrar la posición en un mapa, como coordenadas geográficas , o puede ofrecer indicaciones de ruta.
A partir de 2023 , cuatro sistemas GNSS están operativos: el Sistema de Posicionamiento Global[actualizar] (GPS) de los Estados Unidos original , el Galileo de la Unión Europea , el GLONASS de Rusia , [1] [2] y el Sistema de Navegación por Satélite BeiDou de China . Le seguirá el Sistema Regional de Navegación por Satélite de la India (IRNSS) y el Sistema de Satélites Cuasi-Zenith ( QZSS ) de Japón, previsto para 2023, aumentará la precisión de varios GNSS.
Un dispositivo de navegación por satélite puede recuperar información de ubicación y hora de uno o más sistemas GNSS en todas las condiciones climáticas, en cualquier lugar sobre o cerca de la superficie de la Tierra. La recepción de navegación por satélite requiere una línea de visión sin obstáculos hacia cuatro o más satélites GNSS [3] y está sujeta a condiciones deficientes de la señal del satélite. En condiciones de señal excepcionalmente pobres, por ejemplo en áreas urbanas, las señales de los satélites pueden exhibir una propagación por trayectos múltiples donde las señales rebotan en las estructuras o se debilitan por las condiciones meteorológicas. Las líneas de visión obstruidas pueden surgir desde la copa de un árbol o dentro de una estructura, como en un edificio, garaje o túnel. Hoy en día, la mayoría de los receptores de navegación por satélite independientes se utilizan en automóviles. La capacidad de navegación por satélite de los teléfonos inteligentes puede utilizar tecnología GNSS asistida (A-GNSS), que puede utilizar la estación base o torres de telefonía móvil para proporcionar un tiempo de primera conexión (TTFF) más rápido, especialmente cuando las señales de satélite son deficientes o no están disponibles. Sin embargo, la parte de red móvil de la tecnología A-GNSS no estaría disponible cuando el teléfono inteligente esté fuera del alcance de la red de recepción móvil, mientras que el aspecto de navegación por satélite seguiría estando disponible.
Un sistema de navegación para automóviles toma su ubicación de un sistema GNSS y, dependiendo del software instalado, puede ofrecer los siguientes servicios:
Como ocurre con muchos otros avances tecnológicos de finales del siglo XX, se puede argumentar razonablemente que el sistema GNSS moderno es un resultado directo de la Guerra Fría de finales del siglo XX. El gasto multimillonario [ cita necesaria ] de los programas estadounidenses y rusos se justificó inicialmente por intereses militares. Por el contrario, el Galileo europeo fue concebido como puramente civil.
En 1960, la Marina de los EE. UU. puso en servicio su sistema de navegación por satélite Transit para ayudar en la navegación naval. A mediados de los años 60, la Marina de los EE. UU. realizó un experimento para rastrear un submarino con misiles con seis satélites y polos en órbita y pudo observar los cambios de los satélites. [4] Entre 1960 y 1982, a medida que se demostraron los beneficios, el ejército estadounidense mejoró y perfeccionó constantemente su tecnología de navegación por satélite y su sistema satelital. En 1973, el ejército estadounidense comenzó a planificar un sistema de navegación mundial integral que eventualmente se conoció como GPS (Sistema de Posicionamiento Global).
En 1983, tras la tragedia del derribo del vuelo 007 de Korean Air Lines , un avión que fue derribado mientras se encontraba en el espacio aéreo soviético debido a un error de navegación, el presidente Ronald Reagan puso a disposición de los usuarios las capacidades de navegación del sistema GPS militar existente. doble uso civil. Sin embargo, el uso civil inicialmente era sólo una señal de posicionamiento de " disponibilidad selectiva " ligeramente degradada. Esta nueva disponibilidad del sistema GPS militar estadounidense para uso civil requirió cierta colaboración técnica con el sector privado durante algún tiempo, antes de que pudiera convertirse en una realidad comercial. El Macrometer Interferometric Surveyor fue el primer sistema comercial basado en GNSS para realizar mediciones geodésicas . [5] [6]
En 1989, Magellan Navigation Inc. presentó su Magellan NAV 1000, el primer receptor GPS portátil comercial del mundo. Estas unidades se vendieron inicialmente por aproximadamente 2.900 dólares cada una. En 1990, el Eunos Cosmo de Mazda fue el primer automóvil de producción del mundo con un sistema de navegación por satélite incorporado . [7] En 1991, Mitsubishi introdujo la navegación para automóviles por satélite en el Mitsubishi Debonair (MMCS: Mitsubishi Multi Communication System). [8] En 1997, se desarrolló un sistema de navegación que utiliza GPS diferencial como opción instalada de fábrica en el Toyota Prius . [9] En 2000, la administración Clinton eliminó las restricciones de señal de uso militar, proporcionando así pleno acceso comercial al sistema de satélites Satnav de Estados Unidos.
A medida que los sistemas de navegación GNSS se generalizaron y popularizaron cada vez más, el precio de dichos sistemas comenzó a bajar y su disponibilidad generalizada aumentó constantemente. Varios fabricantes adicionales de estos sistemas, como Garmin (1991), Benefon (1999), Mio (2002) y TomTom (2002) entraron en el mercado. Mitac Mio 168 fue el primer PocketPC que contenía un receptor GPS incorporado. [10] La entrada de Benefon en el mercado en 1999 también presentó a los usuarios el primer sistema de navegación GPS basado en un teléfono del mundo. Más tarde, a medida que se desarrolló la tecnología de los teléfonos inteligentes, un chip GPS finalmente se convirtió en equipo estándar para la mayoría de los teléfonos inteligentes. Hasta la fecha, siguen proliferando sistemas y dispositivos de navegación por satélite cada vez más populares con aplicaciones de software y hardware recientemente desarrolladas. Se ha incorporado, por ejemplo, a las cámaras.
Si bien el GPS estadounidense fue el primer sistema de navegación por satélite implementado a escala totalmente global y disponible para uso comercial, este no es el único sistema de este tipo. Debido a preocupaciones militares y de otro tipo, Rusia, la Unión Europea, China, India y Japón han desplegado o pronto desplegarán sistemas globales o regionales similares.
Los dispositivos GNSS varían en sensibilidad, velocidad, vulnerabilidad a la propagación por rutas múltiples y otros parámetros de rendimiento. Los receptores de alta sensibilidad utilizan grandes bancos de correlacionadores [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] y procesamiento de señales digitales para buscar señales muy rápidamente. Esto da como resultado tiempos muy rápidos para fijar primero cuando las señales están en sus niveles normales, por ejemplo, en exteriores. Cuando las señales son débiles, por ejemplo, en interiores, la potencia de procesamiento adicional se puede utilizar para integrar señales débiles hasta el punto de poder utilizarlas para proporcionar una solución de posición o sincronización.
Las señales GNSS ya son muy débiles cuando llegan a la superficie de la Tierra. Los satélites GPS sólo transmiten 27 W (14,3 dBW) desde una distancia de 20.200 km en órbita sobre la Tierra. Cuando las señales llegan al receptor del usuario, suelen ser tan débiles como −160 dBW , equivalente a 100 attovatios (10 −16 W) [ se necesita aclaración ] . Esto está muy por debajo del nivel de ruido térmico en su ancho de banda. En exteriores, las señales de GPS suelen rondar el nivel de −155 dBW (−125 dBm ).
Los receptores GPS convencionales integran las señales GPS recibidas durante la misma cantidad de tiempo que la duración de un ciclo de código C/A completo , que es de 1 ms. Esto da como resultado la capacidad de adquirir y rastrear señales hasta alrededor del nivel de −160 dBW. Los receptores GPS de alta sensibilidad son capaces de integrar las señales entrantes durante hasta 1.000 veces más tiempo y, por lo tanto, adquieren señales hasta 1.000 veces más débiles, lo que da como resultado una ganancia de integración de 30 dB. Un buen receptor GPS de alta sensibilidad puede adquirir señales de hasta -185 dBW y el seguimiento puede continuar hasta niveles cercanos a -190 dBW.
El GPS de alta sensibilidad puede proporcionar posicionamiento en muchos lugares interiores , pero no en todos . Las señales se ven muy atenuadas por los materiales de construcción o se reflejan como en el caso de trayectos múltiples . Dado que los receptores GPS de alta sensibilidad pueden ser hasta 30 dB más sensibles, esto es suficiente para rastrear a través de 3 capas de ladrillos secos o hasta 20 cm (8 pulgadas) de hormigón armado, por ejemplo. [ cita necesaria ]
Ejemplos de chips receptores de alta sensibilidad incluyen SiRFstarIII y MTK II de MediaTek . [11]
Los dispositivos de navegación GNSS de consumo incluyen:
Los dispositivos dedicados tienen varios grados de movilidad. Los receptores portátiles , para exteriores o deportivos tienen baterías reemplazables que pueden funcionar durante varias horas, lo que los hace adecuados para caminatas , recorridos en bicicleta y otras actividades alejadas de una fuente de energía eléctrica. Su diseño es ergonómico , sus pantallas son pequeñas y algunas no muestran color, en parte para ahorrar energía. Algunos utilizan pantallas transflectivas de cristal líquido , lo que permite su uso bajo la luz del sol. Los estuches son resistentes y algunos son resistentes al agua.
Otros receptores, a menudo llamados móviles, están diseñados principalmente para usarse en un automóvil, pero tienen una pequeña batería interna recargable que puede alimentarlos durante una o dos horas [ cita necesaria ] lejos del automóvil. Los dispositivos de propósito especial para uso en un automóvil pueden instalarse permanentemente y dependen completamente del sistema eléctrico del automóvil. Muchos de ellos tienen pantallas táctiles como método de entrada. Los mapas se pueden almacenar en una tarjeta de memoria . Algunos ofrecen funciones adicionales, como un reproductor de música rudimentario , un visor de imágenes y un reproductor de vídeo . [12]
El software integrado preinstalado de los primeros receptores no mostraba mapas; Los del siglo XXI suelen mostrar mapas de calles interactivos (de ciertas regiones) que también pueden mostrar puntos de interés , información de ruta e indicaciones de ruta paso a paso, a menudo en forma hablada con una función llamada " texto a voz ".
Los fabricantes incluyen:
Casi todos los teléfonos inteligentes incorporan ahora receptores GNSS [ cita requerida ] . Esto ha sido impulsado tanto por la demanda de los consumidores como por los proveedores de servicios. En la actualidad existen muchas aplicaciones telefónicas que dependen de servicios de localización, como ayudas a la navegación, y múltiples oportunidades comerciales, como la publicidad localizada. En sus inicios, el acceso a los servicios de localización de usuarios fue impulsado por los servicios de emergencia europeos y estadounidenses para ayudar a localizar a las personas que llamaban. [13]
Todos los sistemas operativos de teléfonos inteligentes ofrecen servicios de navegación y mapas gratuitos que requieren una conexión de datos; algunos permiten la compra anticipada y la descarga de mapas, pero la demanda de esto está disminuyendo ya que los mapas que dependen de una conexión de datos generalmente se pueden almacenar en caché de todos modos. Existen muchas aplicaciones de navegación y constantemente se introducen nuevas versiones. Las principales aplicaciones incluyen Google Maps Navigation , Apple Maps y Waze , que requieren conexiones de datos, iGo para Android, Maverick y HERE para Windows Phone, que utilizan mapas en caché y pueden funcionar sin una conexión de datos. Por lo tanto, casi cualquier teléfono inteligente ahora puede considerarse un asistente de navegación personal .
El uso de teléfonos móviles como dispositivos de navegación ha superado el uso de dispositivos GNSS independientes. En 2009, la firma de analistas independientes Berg Insight descubrió que los teléfonos GSM/WCDMA con capacidad GNSS sólo en los EE. UU. ascendían a 150 millones de unidades, [14] frente a la venta de sólo 40 millones de receptores GNSS independientes. [15]
El GPS asistido (A-GPS) utiliza una combinación de datos satelitales y datos de torres de telefonía celular para acortar el tiempo de la primera localización , reducir la necesidad de descargar periódicamente un almanaque satelital y ayudar a resolver una ubicación cuando las señales satelitales se ven perturbadas por la proximidad de grandes edificios. Cuando está fuera del alcance de una torre de telefonía móvil, el rendimiento de ubicación de un teléfono que utiliza A-GPS puede verse reducido. Los teléfonos con un sistema de posicionamiento híbrido basado en A-GPS pueden mantener una ubicación fija cuando las señales de GPS son inadecuadas por la triangulación de las torres de telefonía móvil y las ubicaciones de los puntos de acceso WiFi. La mayoría de los teléfonos inteligentes descargan un almanaque satelital cuando están en línea para acelerar una localización de GPS cuando están fuera del alcance de la torre de telefonía celular. [dieciséis]
Algunos teléfonos más antiguos, habilitados para Java y que carecen de GPS integrado, aún pueden usar receptores GPS externos a través de conexiones seriales o Bluetooth , pero la necesidad de esto ahora es rara.
Al conectarse a una computadora portátil , algunos teléfonos también pueden brindar servicios de localización a una computadora portátil. [17]
Las empresas de software han puesto a disposición programas de software de navegación GPS para uso en vehículos en computadoras portátiles. [18] Los beneficios del GPS en una computadora portátil incluyen una descripción general de mapas más amplia, la capacidad de usar el teclado para controlar las funciones del GPS y algunos software de GPS para computadoras portátiles ofrecen funciones avanzadas de planificación de viajes que no están disponibles en otras plataformas, como paradas a mitad de camino, capacidad de encontrar rutas panorámicas alternativas, así como la única opción de autopista.
Las Palms [19] y los Pocket PC también pueden equiparse con navegación GPS. [20] Un Pocket PC se diferencia de un dispositivo de navegación exclusivo en que tiene un sistema operativo propio y también puede ejecutar otras aplicaciones.
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Otros dispositivos GPS deben estar conectados a una computadora para poder funcionar. Esta computadora puede ser una computadora doméstica , una computadora portátil , una PDA , una cámara digital o un teléfono inteligente . Dependiendo del tipo de computadora y conectores disponibles, las conexiones se pueden realizar a través de un cable serial o USB , así como Bluetooth , CompactFlash , SD , PCMCIA y la más nueva ExpressCard . [21] Algunas unidades GPS PCMCIA/ExpressCard también incluyen un módem inalámbrico . [22]
Los dispositivos generalmente no vienen con software de navegación GPS preinstalado , por lo que, una vez comprados, el usuario debe instalar o escribir su propio software. Como el usuario puede elegir qué software utilizar, puede adaptarse mejor a sus gustos personales. Es muy común que un receptor GPS basado en PC venga incluido con un paquete de software de navegación. Además, los módulos de software son significativamente más baratos que los sistemas independientes completos (entre 50 y 100 euros) . El software puede incluir mapas sólo para una región en particular, o para el mundo entero, si se utiliza software como Google Maps.
Algunos aficionados también han fabricado algunos dispositivos de navegación por satélite y han abierto los planos. Los ejemplos incluyen las unidades GPS de Elektor. [23] [24] Estos se basan en un chip SiRFstarIII y son comparables a sus homólogos comerciales. También están disponibles otros chips e implementaciones de software. [25]
Los aviadores utilizan Satnav para navegar y mejorar la seguridad y la eficiencia del vuelo. Esto puede permitir que los pilotos sean independientes de las ayudas a la navegación terrestres, habilitar rutas más eficientes y proporcionar navegación en aeropuertos que carecen de equipos de vigilancia y navegación terrestres. Actualmente existen algunas unidades de GPS que permiten a los aviadores obtener una visión más clara en áreas donde el satélite está aumentado para poder realizar aterrizajes seguros en condiciones de mala visibilidad. Ahora se han creado dos nuevas señales para GPS, la primera para ayudar en condiciones críticas en el cielo y la otra hará que el GPS sea un servicio de navegación más sólido. Muchos servicios de aviadores ahora han convertido en un servicio obligatorio el uso de un GPS. [26] Las aplicaciones de aviación comercial incluyen dispositivos GNSS que calculan la ubicación y envían esa información a grandes computadoras de navegación de entradas múltiples para el piloto automático , información de rumbo y pantallas de corrección para los pilotos, y dispositivos de registro y seguimiento de rumbo.
Las aplicaciones militares incluyen dispositivos similares a productos deportivos de consumo para soldados de a pie (comandantes y soldados regulares), vehículos pequeños y barcos, y dispositivos similares a aplicaciones de aviación comercial para aviones y misiles. Algunos ejemplos son el Asistente digital del comandante del ejército de los Estados Unidos y el Asistente digital del soldado . [27] [28] [29] [30] Antes de mayo de 2000, sólo los militares tenían acceso a la precisión total del GPS. Los dispositivos de consumo estaban restringidos por la disponibilidad selectiva (SA), cuya eliminación estaba prevista pero que el presidente Clinton eliminó abruptamente. [31] El GPS diferencial es un método para cancelar el error de SA y mejorar la precisión del GPS, y ha estado habitualmente disponible en aplicaciones comerciales como carritos de golf. [32] El GPS está limitado a una precisión de unos 15 metros incluso sin SA. El DGPS puede estar a unos pocos centímetros. [33]
Un receptor GPS secuencial rastrea los satélites necesarios normalmente utilizando uno o dos canales de hardware. [34] El equipo rastreará un satélite a la vez, marcará el tiempo de las mediciones y las combinará cuando se hayan medido los pseudodistancias de los cuatro satélites. Estos receptores se encuentran entre los menos costosos disponibles, pero no pueden funcionar en condiciones de alta dinámica y tienen el rendimiento de tiempo de primera reparación (TTFF) más lento .
Los mapas y las direcciones GPS a veces son imprecisos. [ cita necesaria ] Algunas personas se han perdido al preguntar por la ruta más corta, como una pareja en los Estados Unidos que buscaba la ruta más corta desde el sur de Oregon hasta Jackpot, Nevada . [35]
En agosto de 2009, una joven madre y su hijo de seis años quedaron varados en el Valle de la Muerte después de seguir las indicaciones del navegador por satélite que la llevaron a un callejón sin salida sin pavimentar. Cuando los encontraron cinco días después, su hijo había muerto por los efectos del calor y la deshidratación . [36]
En mayo de 2012, unos turistas japoneses en Australia quedaron varados cuando viajaban a la isla North Stradbroke y su navegador les indicó que condujeran hasta la bahía Moreton . [37]
En 2008, Satnav dirigió el autobús de un equipo de softbol hacia un túnel de 9 pies, que cortó la parte superior del autobús y hospitalizó a todo el equipo. [38]
Brad Preston, Oregon, afirma que las personas llegan a su camino de entrada de cinco a ocho veces por semana porque su navegador por satélite muestra una calle que atraviesa su propiedad. [38]
John y Starry Rhodes, una pareja de Reno, Nevada, conducían a casa desde Oregon cuando comenzaron a ver que había mucha nieve en el área, pero decidieron continuar porque ya estaban a 30 millas de la carretera. Pero el navegador los llevó a un camino en el bosque de Oregón que no estaba arado y estuvieron atrapados durante 3 días. [38]
Mary Davis conducía por un lugar desconocido cuando su navegador por satélite le indicó que girara a la derecha en una vía de tren mientras se acercaba un tren. Mary tuvo suerte de que un policía local se diera cuenta de la situación y la instó a salir del coche lo más rápido que pudiera. Mary tuvo la suerte de salir del vagón dejándolo para que el tren lo impactara y lo destrozara. El oficial comentó que había muchas posibilidades de que hubieran tenido una muerte en sus manos. [38]
Otros peligros implican que un callejón sea catalogado como calle, un carril identificado como carretera [39] o vías de tren como carretera. [40]
Los mapas obsoletos a veces hacen que la unidad conduzca al usuario por una ruta indirecta que le hace perder el tiempo, porque las carreteras pueden cambiar con el tiempo. La información del navegador por satélite del teléfono inteligente generalmente se actualiza automáticamente y sin cargo adicional. Los fabricantes de dispositivos de navegación por satélite independientes también ofrecen servicios de actualización de mapas para sus productos, generalmente mediante una tarifa.
La privacidad del usuario puede verse comprometida si los dispositivos portátiles equipados con navegación por satélite, como los teléfonos móviles, cargan datos de ubicación geográfica del usuario a través del software asociado instalado en el dispositivo. La ubicación geográfica del usuario es actualmente la base de aplicaciones de navegación como Google Maps, publicidad basada en la ubicación , que puede promocionar tiendas cercanas y permitir a una agencia de publicidad rastrear los movimientos y hábitos de los usuarios para su uso futuro. Los organismos reguladores difieren entre países en cuanto al tratamiento de los datos de geolocalización como privilegiados o no. Los datos privilegiados no se pueden almacenar ni utilizar de otro modo sin el consentimiento del usuario. [41]
Los sistemas de seguimiento de vehículos permiten a los empleadores rastrear la ubicación de sus empleados, lo que genera dudas sobre la violación de la privacidad de los empleados. Hay casos en los que los empleadores continuaron recopilando datos de ubicación geográfica cuando un empleado estaba fuera de servicio en tiempo privado. [42]
Los servicios de alquiler de automóviles pueden utilizar la misma técnica para geocercar a sus clientes en las áreas por las que han pagado, cobrando tarifas adicionales por infracciones. [43] En 2010, la Unión de Libertades Civiles de Nueva York presentó un caso contra el Departamento de Trabajo por despedir a Michael Cunningham después de rastrear su actividad diaria y sus ubicaciones utilizando un dispositivo de navegación por satélite conectado a su automóvil. [44] Los investigadores privados utilizan dispositivos GPS colocados para proporcionar información a sus clientes sobre los movimientos de un objetivo.
En mayo pasado [2007], el Consejo del Condado de North Yorkshire en Inglaterra colocó carteles en la entrada de una pista de grava que la declaraba "no apta para vehículos de motor" después de que los sistemas de navegación enviaran a los conductores por ella como un atajo entre dos valles. El camino accidentado rápidamente se vuelve pedregoso con pendientes pronunciadas en algunos lugares, y los lugareños han tenido que ayudar a los autos a dar la vuelta.