Baixes del tren, surts de l’estació i… on ets? No reconeixes aquest lloc. T’has perdut? No passa res, avui en dia tenim recursos de sobra. Agafes el mòbil, obres els mapes i immediatament et diu on ets i, si cal, cap on has d’anar per arribar a la teva destinació. Però, com sap el teu telèfon mòbil exactament on ets? Es tracta del sistema GPS.

Des que van sortir els primers navegadors per cotxes que aquestes sigles ens acompanyen allà on anem. Però, t’has parat mai a pensar com ho fa aquest sistema per calcular la teva posició o com de limitada està la seva precisió? 

GPS = Sistema de Posicionament Global

El GPS era inicialment un projecte de l’exèrcit dels Estats Units, anomenat Navstar. L’any 1978 van llançar els primers prototips dels satèl·lits. Al cap de quinze anys i després de molts fracassos, la constel·lació de satèl·lits GPS ja estava completament en òrbita.

Actualment, el GPS és un sistema format per una xarxa de 32 satèl·lits orbitant la Terra —24 principals i 8 de reserva— a 20.000 km de la seva superfície. Cadascun d’aquests satèl·lits dona dues voltes a la Terra cada dia.

Com funciona?

Cada satèl·lit transmet un senyal de ràdio que determina el temps exacte en què ha transmès aquest senyal i la seva posició. El senyal de ràdio viatja a la velocitat de la llum —a uns 300.000 km/s— per l’espai cap a la Terra i fins al receptor GPS del teu mòbil.  

Tot i anar a aquesta velocitat, encara hi ha un cert retard entre la transmissió del senyal des del satèl·lit i  la recepció al teu mòbil, que amb el seu rellotge també detecta el temps de recepció del senyal. Amb aquest retard, el teu telèfon pot calcular la distància exacta que el separa amb aquest satèl·lit:

distància = velocitat de la llum · (temps de recepció – temps de transmissió)

Però tan sols amb un satèl·lit no n’hi ha prou. Perquè els mapes del teu mòbil puguin calcular la teva ubicació, calen els senyals provinents de, com a mínim, tres satèl·lits. Aquest procés és molt semblant al mètode de la triangulació emprat en telefonia i es coneix amb el terme de trilateració.

La trilateració

El teu telèfon rep el senyal del primer satèl·lit i en calcula la distància. Amb aquest primer càlcul, el teu telèfon podria estar en qualsevol punt de la Terra que estigués a aquesta distància, és a dir, en qualsevol punt del contorn d’aquesta circumferència. 

Després, el mòbil rep el senyal d’un segon satèl·lit, en torna a calcular la distància i en dibuixa la circumferència de possibles ubicacions, tal com ha fet amb l’anterior satèl·lit. Combinant les dues circumferències, estàs en un dels seus dos punts d’intersecció.

I, finalment, quan arriba el senyal d’un tercer satèl·lit, es calcula la distància i es dibuixa la seva circumferència de nou. Amb això, el teu mòbil ja sabrà que la seva posició és el punt on els tres cercles es tallen.

A la pràctica, necessitem un quart satèl·lit

Realment, cal el senyal d’un quart satèl·lit per corregir qualsevol error que puguin tenir els rellotges dels altres tres. Per sort, en qualsevol punt de la Terra sempre hi ha almenys quatre satèl·lits “visibles” per poder enviar senyals al teu telèfon. Si tens curiositat per saber quants satèl·lits estan en el teu horitzó, ho pots consultar a la pàgina web enllaçada al final del reportatge.

Si marquem un punt fix de la Terra sempre tindrem almenys 4 satèl·lits a la vista.

A vegades, el GPS s’equivoca

No t’ha passat mai que el GPS t’indica que ets dos carrers enllà? Els errors en els rellotges, tant del satèl·lit com del mateix telèfon, pertorbacions atmosfèriques i fins i tot reflexions d’edificis alts poden alterar el senyal rebut pel teu telèfon, reduint la precisió del sistema GPS.

Si el receptor GPS s’equivoca en el temps de retard del senyal d’un microsegon (0,000001 segons), l’error en la posició podria ser d’uns quants kilòmetres. Per això és molt important que els rellotges, tant del satèl·lit com del receptor del teu telèfon, siguin molt precisos i vagin alhora.

Els satèl·lits porten rellotges atòmics incorporats

Amb els rellotges atòmics, els satèl·lits poden mesurar el temps amb molta exactitud, però seria impossible instal·lar-los als receptors de cada telèfon. Cada rellotge atòmic pot arribar a costar 50.000 €, cosa que faria molt cars els telèfons que els incorporessin.

Els rellotges atòmics més bons tenen un error d’un segon cada 30 milions d’anys.

Així, els receptors dels telèfons mòbils tenen rellotges convencionals de quars, que es van actualitzant de tant en tant amb la informació que reben dels satèl·lits per mesurar el temps de manera precisa. 

També és important saber on és el satèl·lit

Per determinar la distància que hi ha entre el receptor del mòbil i el satèl·lit no només cal el temps de retard del senyal: també cal conèixer la posició exacta del satèl·lit en el moment de transmissió. Realment això és molt fàcil perquè els satèl·lits tenen òrbites previsibles.

A part d’enviar el temps de transmissió dels senyals, els satèl·lits GPS també transmeten les dades necessàries per poder calcular amb precisió la posició de cada satèl·lit. Aquest senyal que envien és l’anomenat missatge de navegació.Per tant, el sistema GPS no sap on està cada persona que l’utilitza. Simplement envia la informació necessària per què els usuaris que la facin servir puguin calcular la seva pròpia posició.


Ja per acabar…

La navegació és una ciència mil·lenària i en aquest temps la humanitat ha inventat moltes maneres per orientar-se; des dels que es guiaven a partir de les estrelles, fins als que pregunten a la senyora que passa pel costat. Està clar que gairebé tothom té les eines per arribar a saber on està, però la tecnologia ens ho ha deixat a cop de clic.

Per saber-ne més

US Government GPS: The Global Positioning System

Federal Aviation AdministrationSatellite Navigation – GPS – How It Works

In-the-skyLive World Map of Satellite Positions.