Funcionamiento de GPS/GNSS

Información general sobre GPS/GNSS

El Sistema de posicionamiento global (GPS) es un sistema de navegación basado en satélite operado por el Departamento de Defensa de EE.UU. que proporciona información de posicionamiento. El sistema GPS fue originariamente diseñado para uso militar del ejército de EE.UU., pero en la década de los 80, el gobierno de EE.UU. amplió su uso a la población civil. A medida que el GPS se ha ido convirtiendo con el paso de los años en una herramienta indispensable, han ido apareciendo otros sistemas de satélite parecidos. Conjuntamente, esos sistemas se conocen como Sistemas globales de navegación por satélite (GNSS). Otros ejemplos de GNSS los encontramos en el GLONASS ruso, el GALILEO de la Unión Europea y el Beidou chino. Una vez consolidado el uso de estos sistemas, han sido muchos los fabricantes de receptores GNSS que han comercializado dispositivos que hacen uso de varios GNSS para así aumentar el número de satélites detectables y obtener una información de posicionamiento más precisa y fiable.

GPS/GNSS funciona sobre la base de la trilateración. Cada satélite de un sistema transmite sin cesar mensajes que incluyen la hora de envío del mensaje, información exacta de la órbita y las órbitas de todos los satélites del sistema (el almanaque). Un receptor GPS/GNSS calcula su posición sincronizando con precisión estos mensajes desde por lo menos cuatro satélites.

Protocolo de comunicación GPS/GNSS (NMEA)

La información de posición de los receptores GPS/GNSS se puede obtener en varios formatos. Uno de los protocolos más comunes es el estándar NMEA (National Marine Electronics Association) 0183. NMEA es una especificación eléctrica y de datos que se utiliza para la comunicación entre dispositivos electrónicos marinos, incluidos los receptores GPS/GNSS. Utiliza el texto ASCII en un formato de frase para transmitir al mismo tiempo datos desde un interlocutor a varios oyentes. El estándar también define el formato de las frases individuales. Para la comunicación serie, NMEA especifica una velocidad de interfaz de 4.800 baudios (38.400 baudios para la especificación de alta velocidad) con 8 bits de datos, ninguna paridad y un bit de parada. Es importante mencionar que si bien la mayoría de receptores GPS/GNSS se ajustan a la especificación, hay algunos que no. Por eso, no olvide consultar la documentación del fabricante del receptor para familiarizarse con su dispositivo.

Frases NMEA

Normalmente, las fases NMEA 0183 tienen la siguiente estructura:

1. El inicio de cada frase está indicado con un signo de dólar ($).
2. Un campo de dirección de cinco caracteres formado por:
   1. Un identificador del interlocutor de dos caracteres. Para las frases GPS/GNSS, el identificador del interlocutor generalmente incluye: GP para la información GPS; GL para la información GLONASS; y GN para la información GPS y GLONASS combinada.
   2. Un formateador de frase de tres caracteres.
3. Uno o varios campos de datos separados por comas.
4. Un delimitador de suma de comprobación y un valor.
5. Terminadores de frase (retorno de carro y avance de línea).

ArcGIS for Windows Mobile admite cinco formateadores de frase del estándar NMEA 0183:

• GGA: datos fijos del Sistema de posicionamiento global
• GSA—GNSS: Dilución de la precisión (DOP) y satélites activos
• GSV—GNSS: satélites visibles
• RMC: datos mínimos GNSS recomendados
• VTG: rumbo sobre el suelo y velocidad de suelo

Conectar a un receptor GPS/GNSS

Para que ArcGIS for Windows Mobile pueda usar un receptor GPS/GNSS, se requiere un puerto serie, físico o virtual al que se conectará la aplicación. Esta conexión se puede establecer de varias formas en función de cada dispositivo pero, normalmente, será una de las siguientes:

• Conectado directamente con un cable serie o integrado en un dispositivo.
• Una conexión USB. Normalmente, se requiere un controlador del fabricante del dispositivo para crear un puerto serie virtual.
• Una conexión Bluetooth que utilice Perfil de puerto serie (SPP).

Consulte la documentación del fabricante del receptor para familiarizarse con su dispositivo.

Simulador GPS/GNSS

Además de admitir la conexión a un receptor, ArcGIS for Windows Mobile admite la reproducción de las frases NMEA almacenadas en un archivo de texto ASCII. Estas frases se pueden registrar a través de las aplicaciones cliente, obtenerse de otras fuentes y reproducirse con posterioridad para realizar pruebas.

Exactitud del GPS y filtro de calidad en ArcGIS for Windows Mobile

La posición no es exacta al 100%. Existen varios factores de error propios del sistema o generados por el entorno, como pueda ser una posición debajo de unos árboles o cercana a edificios altos, que pueden obstruir la señal de los satélites. Así pues, la exactitud y rendimiento de un sistema GPS están condicionados por varios factores. En función de las necesidades de su aplicación, cuando elija un sistema GPS deberá tener en cuenta las prestaciones del hardware, la disponibilidad de DGPS y los factores ambientales. El sistema GPS autónomo (independiente) proporciona posiciones con un error de 5 a 10 metros, por lo que es ideal para la navegación y el posicionamiento a gran escala. Para mejorar la exactitud del sistema GPS autónomo, muchas tecnologías de GPS diferencial están integradas en algunos dispositivos, lo que permite a los usuarios eliminar errores y mejorar la exactitud. El servicio gratuito de uso más común para la corrección de diferenciales lo ofrece el Sistema de aumento basado en satélite (SBAS). En Estados Unidos, WAAS (Wide Area Augmentation System, Sistema de Aumento de Área Amplia) es uno de los tipos de sistemas SBAS. Cuando el dispositivo habilita WAAS y recibe un tipo fijo de DGPS, el margen de error es de tan solo de 2 a 5 metros.

Asimismo, la geometría de los satélites GPS también influye en la exactitud. La medición de este efecto se denomina Dilución de la precisión (DOP). Incluye, desde distintas perspectivas, Dilución de precisión (3D) posicional (PDOP), Dilución de precisión horizontal (HDOP), etc. El valor ideal para DOP es uno, siendo el valor más alto el peor de todos. Los valores DOP con valores de 1 a 5 son recomendables para la mayoría de las aplicaciones. Si, además, el dispositivo tiene las capacidades del GLONASS ruso, puede combinar GPS y GLONASS para mejorar el valor DOP con una mayor visibilidad de satélites.

Los valores PDOP más bajos con un mejor tipo fijo de GPS ofrecen unas posiciones GPS de mayor calidad. La contrapartida es que puede repercutir negativamente en la posición. ArcGIS for Windows Mobile proporciona un filtro de calidad GPS que proporciona la flexibilidad para trabajar en un modo de alta exactitud y bajo rendimiento o un modo de baja exactitud y alto rendimiento. Un sistema de navegación es el típico sistema que se debe afinar para obtener el mejor rendimiento en lugar de una exactitud elevada en un entorno GPS complicado. Cuando deba elegir el sistema GPS ideal para su aplicación móvil, es importante comprender cuáles son los requisitos de rendimiento y exactitud antes de realizar la compra, ya que puede ser de gran importancia en el éxito de una implementación móvil.