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Hace quince años, el primero Teléfono móvil con GPS salió al mercado Fracasó, 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 tu teléfono o tu reloj o tu Zapatos diciéndole a dónde ir porque saben exactamente dónde está usted. Pero este no fue siempre el caso.

Una breve historia del GPS

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Damos por sentado el GPS como una "mercancía", un gran regalo de Reagan-Era Star Wars Cold War Locura 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 de Política de la Guerra Fría, y

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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 fue diseñado originalmente por una necesidad militar de coordinar el movimiento de tropas y naves en áreas desconocidas (como el Golfo Pérsico, donde se encontraba el GPS primero utilizado en teatro en la Operación Tormenta del Desierto), así como el Sistema de detección de detonación nuclear (NUDET).

Los años de posicionamiento "selectivo"

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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 ​​llevó a muchos miembros de los armados se vieron obligados a comprar receptores civiles "baratos", livianos y casi omnipresentes que fueron efectivamente inútiles en el campo debido a estos intencionales errores Este fue 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, cuerpos militares, corporativos y civiles presionaron para que se eliminen las SA, con personas que van desde empresas de camiones a la FAA argumentando que el ruido espurio en la señal estaba limitando la utilidad y la adaptación del GPS en sus respectivos zonas Estos errores fueron apagado "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 al ya desaparecido Block I. De las 64 aves del Bloque I / II lanzadas, 33 permanecen operativas, la más antigua es Navstar IIA-01, a los 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 precisas". Este es el por qué.

Cómo funciona el GPS

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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 ¿Estás harto de la conexión de datos de tu aplicación GPS? Pruebe 3 mapas sin conexión actualizados [Android]No hace mucho, 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 ... Lee mas para el lado del mapeo). 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 que transmite su propio código de tiempo personal basado en su propio reloj atómico flotando en órbita. Sin embargo, dado que cada satélite se encuentra a una distancia diferente de la suya, cuando reciba estos "ticks", estarán ligeramente desincronizados. Su dispositivo GPS entonces intenta sincronizar cada transmisión a 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 la hora.

Sé donde estoy pero ¿dónde estás?

Para determinar dónde estamos basados ​​en los "ticks" de los satélites, necesitamos un poco de información adicional que ya se haya transmitido en el código de tiempo, lo que se llama un "Almanaque". Contiene información sobre las características de la órbita actual de cada satélite. Por lo tanto, su teléfono construye un pequeño modelo de planetario basado en el tiempo con una precisión de unos pocos nanosegundos. Resuelve dónde están los satélites en el espacio, y donde eres relativo a los satélites Cómo funciona el GPS [MakeUseOf explica]Como jugador ávido, estoy sorprendido por la correlación entre las características similares a GPS en los videojuegos modernos y la proliferación de la tecnología GPS en la vida cotidiana. Cuando era niño, los mapas en papel y la cartografía eran ... Lee mas . Auge. El Starbucks más cercano está a 12,6 metros.

Ahora se pone interesante; esa 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 Codigo de oro), tienes una mayor precisión, solo señales militares.

Finalmente, la banda L3 está reservada para 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 y emocionantes características.

¿Qué hay de nuevo en GPS III?

GPS III: ¿Dónde estamos? ¿Y a dónde vamos? Búsqueda y rescate de Canadá

En los sistemas posteriores Block II y Block III, el número de bandas disponible se incrementa a 5. L4 se deja como una banda de investigación, mientras que L5 incluye la seguridad de la vida (datos SoL y señales piloto), que es una versión extremadamente confiable de GPS para aviación, marítimo y "búsqueda y rescate" usuarios.

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

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

los Código M es el artículo de gran ticket 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 tanto Tierra entera como Direccional Antenas de código M, que proporcionan 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 código M también incluirán una serie de corrección de errores, antiinterferencia, antifalsificación y transmisión de datos. técnicas para combatir los sistemas locales de negación de GPS y garantizar que las tropas siempre tengan los mejores datos de posición disponibles, independientemente del clima, la 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 potencia a antenas más fuertes, lo que significa más potencia en el extremo receptor.

Entonces tienes las adiciones habituales cuando los gobiernos se involucran en cosas; La NASA ha pedido quedarse con algunos retro-reflectores 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 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?

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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 búsqueda y capacidades de rescate / detección nuclear para la red GPS, así como corregir periódicamente eso molesta relatividad especial dilatación del tiempo. Las nuevas versiones de estas estaciones terrestres (OCX) permite la mayoría de estos avances, así como la interoperabilidad entre los sistemas GNSS de EE. UU. y Europa (P.S. es por eso que el GPS apesta si se encuentra en Europa en comparación con los EE. UU.); tenemos menos pájaros sobre nuestras cabezas).

Lamentablemente, son estos nuevos e impresionantes sistemas los que están retrasando 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 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 del 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 pérdida de MH370

Con retrasos tanto en los sistemas satelitales como en los segmentos de control en 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 suben, 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, tanto BeiDou de China como Europa GALILEO Los sistemas se han conectado. Por último, pero no menos importante, el sistema satelital de navegación regional de la India (IRNASS) está programado para lanzarse 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?

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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 llenando 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 enfoque de precisión pilotos automáticos para aviones (pista y drones), así como también permiten una detección de carril mucho más precisa para autos sin conductor Así es como llegaremos a un mundo lleno de autos sin conductorConducir es una tarea tediosa, peligrosa y exigente. ¿Podría algún día ser automatizado por la tecnología de automóviles sin conductor de Google? Lee mas .

Agregue esto a los avances en usables 6 dispositivos portátiles próximos comparados: lo que está de moda y lo que noLe presento seis de los dispositivos tecnológicos portátiles más interesantes y útiles, ya sea en el mercado, o pronto para ingresar. Lee mas y IoT ¿Qué es el Internet de las cosas?¿Qué es el Internet de las cosas? Aquí está todo lo que necesita saber al respecto, por qué es tan emocionante y algunos de los riesgos. Lee mas dispositivos (sin embargo aterrador que podría ser Por qué Internet de las cosas es la mayor pesadilla de seguridadUn día, llegas a casa del trabajo y descubres que se ha violado tu sistema de seguridad para el hogar habilitado para la nube. ¿Cómo pudo pasar esto? Con Internet de las cosas (IoT), puede descubrirlo de la manera difícil. Lee mas ), y 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 hable con su teléfono celular y diga dónde están con una precisión de unas pocas pulgadas (Entonces finalmente podría descubrir dónde dejé mi llaves…).

Estas son solo algunas de mis ideas sobre dónde nos llevará esta tecnología, pero ¿cuál es su historia? ¿Qué podrías hacer con los dispositivos con reconocimiento de posición? ¿Hay que tener miedo?

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

Créditos de imagen: History Rat: Operation Desert Storm - The Ground War; Mashup de dos piezas por BurroHotey, lanzado (y relanzado) en CC-SA-2.0, Búsqueda y rescate de Canadá por Bmpower en Wikipedia en inglés (trabajo propio); Trilateración 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 segmento de control GPS licenciado bajo 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

De día, soy investigador en la Universidad de Liverpool investigando Confianza y reputación en comunicaciones marinas para sistemas autónomos de sistemas. Por la noche, soy el Director Fundador de Farset Labs, el primer Hackerspace de Irlanda del Norte, así como consultora local gobierno, empresas, academia y el sector voluntario en divulgación de STEM, estrategia de innovación empresarial y comunicaciones y Seguridad de datos.