Los receptores GNSS, o como vulgarmente los conocemos GPS, a día de hoy son herramientas básicas en el coche de un topógrafo. Todo profesional de la captura de coordenadas con precisión que se precie de ello los conoce y utiliza con regularidad.

Pero un GPS no es solo un conjunto de plástico, placas electrónica, tornillos y metal que recibe señales de los satélites y por arte de magia o por unos seres pequeñitos muy listos que viven en su interior devuelven unas coordenadas y el valor de la precisión.

El sistema GNSS – GPS es un conjunto de satélites, estaciones de control, receptores, estaciones fijas de referencia y software que consigue obtener coordenadas con distintos grados de precisión en cualquier parte de La Tierra que no obstaculice la señal de los satélites.

¿Qué es lo que realmente hace que un receptor GPS topográfico obtenga coordenadas?

Lo que realmente le hace reconocible es la antena, ya que es lo que hace su diseño. Las antenas más utilizadas son las del tipo parche que no es más que un pequeño cuadrado de cerámica en medio de un plano de tierra. Tienen algunas variaciones que dan solución a la recepción, exclusión de valores extraños, multipaths y ahora que sigan funcionando aun estando inclinados.

Para recibir todas las bandas y señales de las múltiples constelaciones de satélites las antenas son construidas con varias placas apiladas que buscan recoger todas las frecuencias posibles.

Los satélites para optimizar la energía que consumen en su funcionamiento para enviar las frecuencias lo hacen a la menor potencia posible, con lo que llegan a los receptores siendo muy débil. Para ello la tecnología con la que está conformado el GPS lleva amplificadores de bajo ruido que actualmente logran que incluso se pueda medir en zonas de espesa cobertura forestal.

El spoofing o suplantación de identidad es un elemento que con el desarrollo de la guerra electrónica hay que tener en cuenta con lo que se emplean filtros hardware para evitar estas interferencias.

El Sol es otro inconveniente para el buen funcionamiento de un GPS, su actividad en forma de tormentas solares provoca anomalías en las señales de los satélites que llegan incluso a inutilizarlos. En las construcción de los nuevos GPS inteligentes se mitigan estos efectos. No obstante desde aquí invito a su consideración visitando alguna web o suscribiéndose a las alerta porque puede arruinar jornadas de trabajo.

Mascara de elevación, plano de tierra, variación del plano de tierra y centro de fase también son importantes en el diseño y construcción de una antena ya que podrán permitir el rechazo de las señales rebotadas (multipath) y las mediciones inclinadas.

Lo que más se aprecia a la vista de un receptor GNSS es su diseño, siendo redondo, cuadrado, como una bala, zanahoria,.. Los fabricantes han intentado dar solución con estas formas al desafío en su uso intenso en terrenos abruptos donde se puede enganchar con la vegetación, ser incomodo para subir o bajar un talud,.. Todo ello en conjunción con el alojamiento de las baterías, la placa bluetooth, cámaras, radios y módulos WIFI. Un reto que busca la mayor miniaturización del conjunto y hacerlo lo más cómodo, liviano y competitivo en el mercado sin perder su eficacia.

El «envase» de los componentes de la antena tiene que salvaguardarlos de caídas, polvo, agua, humedad y las vibraciones del golpeo continuo en la materialización de los puntos con el jalón. Así en las hojas de características de un modelo de calidad el fabricante indica la altura de caída, el numero de veces que se puede caer en una superficie dura de hormigón y los niveles de protección y vibración que soporta.

El número de canales que posee una placa GPS es una de sus características necesaria, aunque no es tan importante la cantidad como su calidad.

A nivel genérico cada canal es ocupado por una frecuencia de las que proporciona un satélite.

Desde el punto de vista del marketing ha habido una competición por indicar el número de canales más alto, para dar la sensación que es mejor. No obstante hay otros condicionantes como su capacidad mutlconstelación, mitigación de multipath, interferencias y corrección de los efectos ionosféricos.

A mayor capacidad de tener en cuenta estos parámetros mayor costo es el del sistema. Hay soluciones de coste bajo que utilizan tecnología antigua o bien no tienen capacidad de mitigar las características anteriores aunque indiquen un gran número de canales.

La placa es el corazón del sistema GNSS, la que hace funcionar la posibilidad de obtener coordenada con precisión en la marca que se está ubicando. La placa base está compuesta de un ASIC (application-specific integrated circuit), IMU en la mas nuevas junto con elementos microelectrónicos para la medición de la aceleración e inclinación.

Las placas por tradición han sido construidas por un número limitado de fabricantes para sus equipos o bien las vendían en formato OEM a terceros integradores. Hoy en día un número mayor de integradores están construyendo sus propias placas.

El circuito integrado de aplicaciones específicas es muy pequeño, actualmente mide 10×10 milimetros y dispone de millones de puertas que cada vez son más por la ley de Moore. El coste de fabricación del circuito integrado es bastante alto, con lo que los fabricantes de prestigio disponen de la ultima versión con mayores capacidades.

Para desarrollar las puertas con una gran potencia y el menor coste de energía posible se utilizan lenguajes de programación muy avanzados, siendo también una seña de identidad para los fabricantes que invierten en investigación y desarrollo para disponer de los receptores GNSS con la tecnología más innovadora.

Los motores gps o de posicionamiento tienen que estar habilitados para discernir la coincidencia de señales y generar una replica local con la que se ha transmitido. Una replica de la portadora y el código transmitido que debe debe de estar alineada en tiempo y frecuencia con la recibida.

Debido al incremento de satélites, potencia y velocidad en el procesamiento, la componente ASIC de la placa GPS ha tenido que evolucionar. Una progresión en reducir su tamaño y aumentar su operabilidad. Es por ello que puede haber receptores más antiguos que aunque puedan ser multiconstelación no son capaces de gestionar todo el potencial de las señales actuales.

Quien realmente hace la corrección en las mediciones aplicando los sesgos de código, reloj y orbita con los diferenciales RTK y PPP el el motor GPS en conjunción con el ASIC

Es necesaria una alta capacidad de procesamiento de la alta cantidad de señales de los satélites, para ello los motores GPS tienen que estar preparados para ello ya que actualmente se hacen cálculos de diez posiciones por segundo (10 hz). Incluso los receptores de alta gama son capaces de hacer cálculos mayores. Disponer de un buen motor GPS diferencia al GPS y para los de bajo coste es todo un desafío.

En el campo de los profesionales hay un error de concepto en el que se piensa que los equipos GPS que hacen referencia traen directamente las coordenadas, cuando lo que traen son posiciones del estado del reloj, orbita, datos de modelo ionosférico. Es el software de campo el que hace este cálculo con los parámetros anteriores.

La tecnología geoespacial avanza y con ello los GPS móviles. Decir lo que posee un receptor móvil actualmente es hablar de cámaras integradas, bluetooth, wifi, modem 4G, iMU, giróscopos electrónicos y acelerómetros.

El articulo lo he escrito basándome en el propio de la revista digital XYHT https://www.xyht.com/gnsslocation-tech/part-one-whats-inside-your-gnss-rover/

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