Cuando el Departamento de
Defensa estadounidense estableció el sistema GPS, desde luego la intención no
fue la de proporcionar una manera fácil y gratuita de que los enemigos de los
Estados Unidos lanzaran armas contra el país. Aunque el Departamento de Defensa
quería que el sistema fuese utilizado con fines pacíficos por cualquiera, fue
reconocido que la forma más segura de impedir su uso para guiar misiles era
reducir su exactitud. Esto se consiguió mediante un proceso llamado
Disponibilidad Selectiva (D/S); el Departamento de Defensa introduce 'ruido' en
la señal de los satélites, reduciendo la exactitud de su mensaje. Estas
distorsiones no preocupan a las fuerzas militares de los EE.UU. y sus aliados,
que utilizan receptores P-code especiales que pueden descodificar los efectos de
la Disponibilidad Selectiva y proporcionar una exactitud de posicionamiento de
alrededor de 15 metros de forma rutinaria.
La aplicación de D/S
parece ser aleatoria, y en tiempos de crisis como la Guerra del Golfo, puede ser
desconectada del todo. Esto de hecho ocurrió con el fin de superar una escasez
de receptores GPS P-code militares suministrando a las tropas receptores civiles
comprados localmente. Bajo estas condiciones, los receptores civiles demostraron
ser tan exactos como sus homólogos militares, más sofisticados. Cuando las
condiciones atmosféricas son favorables, los sistemas funcionan correctamente y
la Disponibilidad Selectiva está desconectada, un receptor GPS estándar con
una vista clara del cielo puede proporcionar posicionamiento con un margen de
error de tan solo unos metros. Desafortunadamente el usuario no tiene manera de
saber cuándo dichas condiciones pueden producirse, y debe suponer, por
prudencia, que la posición dada podría tener un error de hasta 100 metros.
Esto no supone un problema para el capitán de un petrolero que intenta
localizar el puerto de Amberes, pero es inútil si se busca una tubería
enterrada o para confecccionar mapas de rendimiento de cosechas en los más
modernos procesos de agricultura de precisión.
La respuesta al problema
de la inexactitud del GPS viene dada con el DGPS. El DGPS fue ideado como
sistema sencillo para corregir los errores simplemente midiéndolos. Con la
excepción de errores por trayectoria múltiple y los fallos técnicos de
receptores individuales, los factores que afectan a la exactitud del
posicionamiento GPS serán comunes en toda una zona que puede cubrir miles de
kilómetros cuadrados. Todos los usuarios de GPS de esa zona estarán escuchando
los mismos satélites con la misma D/S, y las señales pasarán por básicamente
las mismas capas de distorsión atmosférica.
Al localizar un receptor
GPS en un lugar cuya posición se conoce con precisión, es sencillo identificar
el alcance de cualquier error en las señales de satélite. La localización
exacta de dicho receptor de referencia, o para usar su nombre exacto, estación
de referencia, será medida con error de pocos milímetros usando un marco de
referencia científica internacional de alta precisión. Si la unidad GPS recibe
señales de satélite que le dicen que está, por ejemplo, a 25,73 metros al
este de donde realmente sabe que está, simplemente tiene que indicar a todos
los demás receptores GPS de la zona que si desplazan su posición 25,73 metros
al oeste, tendrán su localización exacta.
En la práctica el proceso
es más complicado, puesto que la estación de referencia estará escuchando las
señales de todos los satélites que puede ver por encima del horizonte.
Comparará el tiempo que toma cada señal en llegar hasta él con el tiempo que
sabe que la señal debería haber tomado. Lo que se proporciona al receptor móvil
es precisamente esta diferencia de tiempo - de ahí viene el nombre de GPS
Diferencial. Si el receptor móvil tiene menos canales, o si está en un lugar
enmascarado por colinas u otros objetos, es posible que no escuche tantos satélites
como la estación de referencia.
Esto significa que tendrá
que seleccionar la información que necesita del paquete suministrado y
emparejarla con los satélites que está escuchando.
La única forma en que un
receptor GPS móvil puede recibir correcciones es mediante algún tipo de
radioenlace. La naturaleza de este enlace variará según el servicio DGPS
usado, y puede incluir radiofaros terrestres o satélites de comunicaciones.
Las correcciones en sí
suelen transmitirse en un formato llamado protocolo RTCM SC-104. Éste es un estándar
internacionalmente acordado que permite a cualquier receptor GPS móvil con la
'caja' adecuada instalada recibir, comprender y aplicar las correcciones.
La International
Association of Lighthouse Authorities (Asociación Internacional de Faros y
Balizas) (IALA) también ha establecido su propio protocolo que
proporciona correcciones diferenciales desde su propia red de radiofaros a
barcos con el equipamiento adecuado, de forma gratuita.
Cuando un usuario puede
elegir entre el acceso a un servicio diferencial por radiofaro gratuito como el
sistema IALA o a un servicio DGPS comercial, la decisión se basa generalmente
en el nivel de calidad de posicionamiento y asistencia técnica requeridos. Los
servicios por radiofaro tipo IALA representan una muy valiosa mejora a la
seguridad marítima, al estar disponibles para cualquier persona que tenga el
receptor adecuado. Los proveedores comerciales de servicios DGPS existen para
responder a las exigencias de usuarios que requieren un servicio que monitoriza
constantemente la calidad de las señales de satélite y los mensajes de
corrección, y que pueden necesitar también asistencia técnica para tener
garantizado un mayor nivel de exactitud de posicionamiento en cualquier momento
del día o de la noche.
Los problemas asociados
con los radiofaros terrestres son más pronunciados debido a las propiedades de
la frecuencia MF. Ésta es más susceptible al ruido electromagnético y a las
condiciones atmosféricas como tormentas con aparato eléctrico, distorsión
atmosférica, trayectorias múltiples, enmascaramiento y simplemente el hecho de
que el receptor esté fuera del alcance de las transmisiones de radio. Debido a
la curvatura de la Tierra, éstas pueden recibirse típicamente sólo hasta una
distancia de 200 km.
Una nueva raza de satélites
de comunicaciones proporciona ahora una solución para este problema. En lugar
de enviarse los mensajes de corrección desde un radiofaro a nivel del suelo,
son transmitidos en enlace ascendente a un satélite en órbita geoestacionaria
por encima de la tierra. El satélite luego vuelve a transmitir las
correcciones, que pueden ser recibidas por usuarios en cualquier lugar de una
vasta área de la superficie terrestre. Los sistemas anteriores usaban los
cuatro satélites de comunicaciones Inmarsat-C. Juntos, cubren toda la
superficie de la Tierra, exceptuando los polos, que están enmascarados por la
curvatura del planeta. Estas señales son de relativa baja potencia y requieren
una antena grande comparable a una antena parabólica de televisión.
Esto no supone ningún
problema para usuarios grandes, de movimiento relativamente lento, como barcos o
plataformas petrolíferas. Sin embargo, es totalmente inadecuado para su uso en
vehículos agrícolas.
Recientemente ha aparecido
un nuevo tipo de satélite de comunicaciones, que transmite servicios de telefonía,
televisión y otros a través de potentes haces muy estrechos. Éstos están
enfocados hacia zonas geográficas específicas y están siendo utilizados por
servicios como Racal LandStar y SkyFix para transmitir correcciones
diferenciales. Debido a su potencia, las señales pueden ser recibidas por
usuarios equipados con una antena combinada GPS y DGPS del tamaño de un plato
de postre.
