Fuente: Andalucía Investiga-Alicia Barea Lara

Los sistemas GNSS o de navegación por satélites resuelven desde una perspectiva del siglo XXI un problema clásico de la Geodesia: la determinación de la posición de un punto a partir de las observaciones de otros de posición conocida. En concreto se entiende por posicionamiento por satélites la determinación de la posición del punto de “observación” mediante el uso de satélites artificiales de posición conocida. En esencia, a partir de osciladores atómicos se mide el tiempo que viaja una señal desde que es emitida por el satélite hasta que llega al receptor en tierra. Dicha señal, multiplicada por la velocidad de la luz, se traduce en la distancia entre ambos puntos.

La señal, durante su viaje, encuentra una serie de efectos que de no ser minimizados distorsionarán esta distancia afectando a la posición que queremos determinar. Dichos efectos están asociados con fenómenos relacionados con el satélite, el receptor y el medio en el que se propaga la señal, es decir, la atmósfera. Para mitigar su impacto en la posición incógnita, estos efectos deben ser modelados de manera que introduzcan el menor error posible en la posición a determinar. Esto se realiza mediante el desarrollo de algoritmos matemáticos que se aplican mayoritariamente a los satélites de la constelación GPS, sistema de posicionamiento más extendido en la actualidad.

El sistema GPS fue creado por el Ministerio de Defensa de los Estados Unidos durante los años 60. Como contrapartida al GPS, los rusos desarrollaron el sistema GLONASS. Hoy en día la Unión Europea está diseñando el futuro sistema Galileo y en la actualidad ya han sido lanzados dos satélites de prueba denominados GIOVE-A y GIOVE-B. Asímismo, China también está desarrollando su propio sistema de navegación conocido como Compass.

Bajo las siglas GNSS se engloban todos estos sistemas. Los sistemas GPS y Glonass, únicos operativos en la actualidad, trabajan en dos frecuencias. Dado que desde sus inicios hasta hoy la tecnología ha avanzado considerablemente, ambos se encuentran en fase de modernización, en particular el sistema GPS incluirá una tercera frecuencia en los próximos años. Por su parte, el sistema europeo Galileo nacerá con usos civiles y la señal transmitida gratuitamente será también triple frecuencia.

“Por tanto, la modernización del sistema americano de posicionamiento global GPS y la llegada del proyecto europeo Galileo generarán un sistema de navegación por satélites multifrecuencia”, explica Mª Clara de Lacy. “Las características de este nuevo sistema mejorarán la precisión de las técnicas de posicionamiento, debido a la presencia de nuevas frecuencias que permitirán modelar mejor los efectos presentes durante el tiempo de viaje de la señal y al hecho de disponer de una doble constelación de satélites durante el período de observación”.

Nuevos algoritmos

El primero de los proyectos que han realizando los científicos jiennenses desde el año 2006 y que ha concluido en el 2008, ha desarrollado algoritmos GNSS aplicables al futuro escenario triple frecuencia, ya sea tanto en el ámbito del GPS modernizado y del sistema Galileo, como en el uso conjunto de datos GPS y Galileo, “de manera que dichos algoritmos puedan ser aplicados a los sistemas GNSS en los próximos años”, comenta Mª Clara Lacy.

Este primer estudio ha desarrollado tres algoritmos distintos. En primer lugar, un algoritmo bayesiano (algoritmo que está calculado para todas las posibles hipótesis, quedándose con la de mayor probabilidad) que se utilizará para la detección de saltos de ciclo, que podría proporcionar un nuevo servicio de las estaciones permanentes GNSS. En concreto, este algoritmo está relacionado con el modelado del efecto ionosférico (capa alta de la atmósfera) y el efecto multitrayectoria, a partir de las observaciones triple frecuencia que encontraremos en un futuro no muy lejano. Gracias a estos nuevos algoritmos, la señal será más limpia, y la localización más exacta.

El segundo algoritmo se encargará del preproceso de los datos GNSS y posteriormente se encargará de transferirlos a la empresa italiana Galileian+, que los distribuirá. Por último, han creado un algoritmo, no sólo de detección de saltos de ciclo, sino también de corrección de los mismos en tiempo real.

Esta investigación sigue su curso con un nuevo proyecto aprobado por el Ministerio de Ciencia e Innovación. Una parte importante dentro del nuevo estudio consiste en la fase de test y verificación de dichos algoritmos. “Dado que a día de hoy sólo hay en funcionamiento dos satélites precursores, de los 27 que conformarán la constelación Galileo, parte de la investigación consistirá en el desarrollo de un simulador de datos Galileo que reproduzca de la manera más real posible el futuro escenario GNSS”, manifiesta la investigadora. También se estudiarán nuevas combinaciones lineales de observaciones derivadas de la presencia de nuevas frecuencias, y se encargarán del desarrollo de un algoritmo de posicionamiento de precisión.

“El beneficio principal del nuevo sistema de localización es que mejorará la precisión y el tiempo de observación necesario para determinar la posición, gracias a que va a recibir observación de más satélites”, concluye la investigadora. Este sistema se pondrá en marcha en torno al año 2013, momento en el que funcionará el Sistema Galileo.

Más información:

María Clara Lacy Pérez de los Lobos
Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría.
Universidad de Jaén
Teléfono: 953 21 24 55
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