¿Cómo funciona el GPS?

Perderse mientras se conduce es casi un arte perdido. Con el GPS en el sistema de navegación de su automóvil, en el dispositivo de navegación portátil en su tablero o en su teléfono inteligente, es fácil abrir un mapa y ver dónde se encuentra u obtener indicaciones para llegar a donde se dirige. La parte más difícil puede ser hablar o ingresar los datos si su automóvil tiene una interfaz torpe, o si no le permite ingresar una dirección mientras el automóvil está en movimiento, incluso si está conduciendo por un vecindario incompleto a las afueras del aeropuerto. en un alquiler.



A continuación, se ofrece información básica sobre lo que es el GPS, lo que puede hacer por usted hoy en día en automóviles y lo que es posible en un futuro próximo. El GPS lo hará más seguro, lo guiará para evitar retrasos en el tráfico, lo ayudará a encontrar servicios cercanos y ayudará a los comerciantes a comunicarse con usted para venderle los servicios que quizás desee o no.

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Cómo funciona el GPS (tal vez más de lo que quieres saber)

Desde 1994, dos docenas de satélites GPS han estado en órbita alrededor de la Tierra a 13.000 millas de altura en seis grupos o planos. No están estacionarios en lo alto (geosincrónicos), sino que se mueven de oeste a este a aproximadamente 8,000 mph y orbitan la tierra (pasan sobre el mismo lugar) dos veces al día. A bordo hay un reloj atómico. Cada satélite informa continuamente:

  • Código pseudoaleatorio , el ID de cada satélite.
  • Datos de efemérides, la fecha y hora actuales, y si el satélite está en buen estado o no ('mal' puede significar que el satélite está siendo reposicionado o recalibrado; no siempre está perdido).
  • Datos de almanaque, dónde debe estar el satélite en cualquier momento de los datos (también datos de almanaque para cada satélite GPS).



El receptor de su GPS captura la hora de llegada (TOA) y la hora de vuelo (TOF) del satélite al receptor. Dada la velocidad de la luz (conocida) y dónde y cuándo se envió la señal, el receptor GPS calcula en qué lugar de la tierra se encuentra su automóvil, PND, GPS para excursionistas o teléfono inteligente. A medida que su dispositivo se mueve por la carretera, calcula la velocidad, generalmente un par de millas por hora más baja que lo que muestra el velocímetro del automóvil (confíe en la velocidad del GPS), y el rumbo de la brújula. Coloca esos datos en el mapa móvil del sistema de navegación. La señal del satélite se retrasa al pasar a través de la ionosfera, la atmósfera superior de la tierra se extiende desde 40 a 600 millas de altitud; Los sistemas GPS aplican un factor de corrección.

Se necesitan tres señales de GPS para determinar (triangular) la posición del receptor y una cuarta para calcular también la altitud. Si el receptor capta más satélites (se pueden ver hasta una docena y la otra docena se encuentra en el otro extremo del globo), la calidad de la corrección de ubicación mejora. En caso de que el reloj atómico se desplace o entre en juego alguna otra imprecisión, también se transmite un factor de corrección.

El primer satélite GPS en el sistema se instaló en 1978. Los satélites GPS actuales son buenos durante unos 10 años de funcionamiento. Pesan alrededor de 2,000 libras (en el suelo) y 17 pies de diámetro, incluidos los paneles solares que alimentan el satélite. El transmisor no produce más de 50 vatios de salida. Los reemplazos se construyen y lanzan constantemente. Otros países también tienen satélites GPS.



Sistemas GPS más nuevos ( receptores en la tierra ) serán aún más precisos, más pequeños, más baratos e incluso funcionarán en interiores. DARPA ha mostrado un chip más pequeño que un centavo que incluye tres giroscopios, tres acelerómetros y un reloj interno (foto arriba a la derecha). Otras investigaciones están mejorando la sincronización y la precisión de los relojes de los satélites. El objetivo es conseguir la precisión de los sistemas GPS de miles de dólares en la unidad principal del sistema de información y entretenimiento de su automóvil.

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¿Qué precisión tiene mi receptor GPS?

24satélitesglobeandpathsEl GPS comenzó su vida como un primer sistema de satélites militar destinado a aumentar la precisión de los aviones, los submarinos y sus artillería. Hasta el año 2000, la señal disponible para los civiles se degradó para proporcionar menos precisión. La señal de tiempo sin cifrar enviada a usuarios no militares se compensó aleatoriamente para proporcionar una precisión de no más de 100 metros. Esto fue llamado disponibilidad selectiva. Significaba que la ubicación de un automóvil podría estar desviada a una o dos cuadras de la ciudad, y 'tomar el siguiente giro a la derecha' podría llegar una cuadra demasiado pronto o demasiado tarde.



El desarrollo de GPS diferencial La tecnología que utiliza estaciones de referencia terrestres corrigió la precisión de la señal SA a aproximadamente 15 metros (2-3 longitudes de automóvil) y en el mejor de los casos a tan solo 10 cm o 4 pulgadas, lo suficientemente bueno para que los topógrafos coloquen con precisión una ubicación estaca. Al mismo tiempo, la FAA, la Guardia Costera y el Departamento de Transporte solicitaron que se suspendiera SA. El presidente Clinton ordenó que se eliminara la disponibilidad selectiva en 2000. Se ha ido para siempre. Los gobiernos Sitio web GPS dice: 'Estados Unidos no tiene la intención de volver a utilizar la disponibilidad selectiva'.

Hoy en día, el receptor GPS de un automóvil tiene una precisión de 10-15 metros. Esto es con módulos receptores de satélite que cuestan solo unos pocos dólares. Los receptores GPS independientes afirman tener una precisión de 3 metros (10 pies) y las unidades de mayor costo son buenas hasta unos pocos centímetros. Un sistema GPS de estación total Trimble de $ 25,000 puede tener una precisión de menos de una pulgada. ¿Qué significa esto? Las variantes de los sistemas GPS de alta precisión pueden controlar de forma remota el aplanamiento y el afeitado de la tierra de los equipos de construcción de carreteras para crear una carretera.

Si tiene un sistema de navegación de automóvil más antiguo que parece más preciso que 15 metros, el sistema de navegación juega un pequeño truco. Si está en dirección norte por la autopista y no hay otra carretera cerca, el icono de ubicación se ajusta a la carretera y, si es una carretera dividida, se ajusta al lado norte. La navegación también se puede volver a calibrar si da un giro o da la vuelta a una curva. La navegación GPS también utiliza una brújula interna, un sensor de movimiento y el velocímetro para estimar con precisión dónde se encuentra en un túnel. (En un túnel que se extiende a ambos lados de dos estados, verá que el ícono de posición actual cruza el límite del estado dentro de la longitud de un automóvil o dos con perfecta precisión).

Centro de comando de OnStar

Qué hace el GPS por su automóvil además de mapas en movimiento

Obviamente, el GPS de su automóvil proporciona el punto parpadeante en el mapa que muestra dónde está su automóvil. Hay más. Aquí hay unos ejemplos:

  • Notificación automática de accidentes. En caso de accidente, si su automóvil está equipado con telemática como OnStar de GM, el automóvil informa automáticamente su ubicación al centro de llamadas telemáticas, que luego llama al PSAP (punto de respuesta de seguridad pública) más cercano, o al número 911. Comenzando con Ford y Sync, la llamada también podría realizarse a través de un teléfono celular conectado por Bluetooth. Por lo general, un automovilista que pasa también llama al 911, pero eso podría ser cinco minutos más tarde en una carretera poco transitada, y si baja por un terraplén y no está a la vista de los autos que pasan, podría ser nunca si los policías no supieran dónde buscar. . El ACN mejorado agrega información adicional que no es de GPS, como la ubicación y la gravedad del choque, si los ocupantes estaban abrochados y si el automóvil se volcó. BMW y GM están trabajando en algoritmos que predecirían las probabilidades de que un ocupante resulte gravemente herido; creen que los algoritmos son lo suficientemente precisos como para justificar que les digan a los funcionarios de seguridad cuándo deben enviar un helicóptero de evacuación médica ($ 5,000- $ 15,000). Todo esto no sería posible sin la señal de GPS.
  • Sistema de iluminación frontal avanzado basado en cámaraFaros predictivos. Primero fueron los faros, luego los buenos faros (xenón, LED, láser), luego los faros orientables que apuntan a la derecha cuando se gira el volante a la derecha, y ahora los faros que comienzan a girar a la derecha justo antes del giro (foto arriba). Usan la señal del GPS para comenzar a girar los faros en el momento en que comienzas a mirar en la esquina en busca de venados, peatones o vehículos discapacitados, uno o dos segundos antes de que giren las ruedas. Ford está pilotando Faros con GPS .
  • Híbridos de mayor alcance, vehículos eléctricos. El automóvil quiere mantener algo de energía de la batería en reserva para un impulso adicional de energía, o para que la batería de almacenamiento no se agote. Supongamos que su Toyota Prius es bueno para una milla de 60 mph conduciendo en la carretera con una ligera pendiente cuesta arriba. Si los datos del mapa más su ubicación GPS actual más las capacidades de recarga actual del automóvil supieran que la subida fue seguida por una cuesta abajo de 2.5 millas, podría indicarle al automóvil que viaje la siguiente milla cuesta arriba con energía de la batería sabiendo que la carrera cuesta abajo recargará la batería.
  • Servicios. Cuando busca el Burger King más cercano que no sea McDonald's (tal vez sus hijos piensen que los premios BK son mejores), eso requiere GPS. Algunos de los problemas aún se están resolviendo. Muchas aplicaciones de terceros, así como las bases de datos de los sistemas de navegación para automóviles, aún no tienen en cuenta que probablemente desee servicios delante de usted, no detrás y no a 20 millas de distancia.
  • Aplicaciones para teléfonos inteligentes. Si su automóvil tiene telemática incorporada, tiene una aplicación para teléfono inteligente con una serie de funciones, como arranque remoto y desbloqueo remoto de puertas. También hay una aplicación de localización basada en GPS que lo guía a su automóvil cuando olvidó su ubicación en el estadio o en el centro comercial.
  • Abre-puerta de garaje inteligente. Muchos automóviles tienen abre-puertas de garaje HomeLink. En lugar de abarrotar el automóvil con más botones junto al espejo del parabrisas o botones virtuales en la pantalla LCD, Tesla los enmascara para verlos. Cuando el GPS detecta que el automóvil está a media milla de casa, los botones aparecen en la esquina derecha de la pantalla de la consola central.
  • Calibre su velocímetro. Las regulaciones federales requieren que el velocímetro nunca subestime su velocidad, independientemente del tamaño de llanta aprobado que tenga el automóvil. No desea obtener un boleto de 78 en una zona de 65 cuando pensaba que solo estaba haciendo 75; en cambio, probablemente esté conduciendo a 72 o 73 mph. El GPS integrado podría calibrar su velocímetro a la velocidad absolutamente correcta para este juego de neumáticos con este inflado. Podria. No es así. Si tiene un dispositivo de navegación portátil, normalmente muestra su velocidad.
  • El mejor consejo de carril. Hoy en día, los buenos sistemas de navegación tienen vistas de los carriles de salida que muestran cuáles son los carriles de tránsito, los carriles de salida y el carril que puede ser cualquiera de los dos. El GPS cada vez más preciso podría detectar cuándo necesita moverse sobre un carril para salir.

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GPS y coche autónomo

Los vehículos autónomos se basan en sensores ópticos (también de radar) y mapas en 3D para comprender con precisión dónde están y dónde están los peligros. El GPS podría desempeñar un papel más importante cuando tiene una precisión de pulgada, no el metro o 5 metros. Eso está llegando. Al menos, el automóvil debe centrarse en un carril de 12 pies y no desviarse más de un pie del centro. Un automóvil con espejos mide entre 6 y 7 pies de ancho. Agregue un pie para una deriva permitida desde el centro exacto y quedará con un margen de seguridad de 1.5-2.0 pies en cada lado. Eso se puede manejar mejor hoy en día mediante sistemas ópticos que rastrean la posición del automóvil en relación con las marcas de los carriles.

Con GPS hiperpreciso, podría actuar como un auditor independiente de los sensores del automóvil, por ejemplo, si creyera que LDW ya no funciona perfectamente. En climas lluviosos o con nieve leve, donde los sistemas ópticos se degradan o las marcas de los carriles están parcialmente oscurecidas, la combinación podría ayudar al automóvil a mantener el centrado en el carril un poco más. Eventualmente se cerraría.

Un quitanieves aún podría aventurarse en un clima malo y avanzar al menos a una velocidad moderada con el GPS guiando el volante o advirtiendo al conductor que el quitanieves está fuera de curso y se está saliendo de la carretera. Lo que no es posible a 60 mph en los próximos cinco años podría funcionar a 30 mph.

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Consejos de compra

El primer sistema de navegación para automóvil integrado a mediados de la década de 1990 en el BMW Serie 7 costó alrededor de $ 2,500 ($ 4,000 en dólares de 2015). Ahora, pocos sistemas de navegación cuestan más de $ 1,000, muchos cuestan $ 500 o menos, y a menudo son estándar en autos de más de $ 50,000, ya que tener una pantalla LCD en color en el tablero central ya es prácticamente obligatorio. Las principales ventajas de la navegación integrada son la pantalla grande (de 7 a 10 pulgadas en diagonal), pantallas de navegación secundarias en el panel de instrumentos o la pantalla de visualización frontal y (generalmente) botones y perillas de control más grandes que en un PND o un teléfono inteligente. La antena de aleta de tiburón de la azotea puede obtener una posición más rápida al arrancar. Los sistemas de navegación para automóviles casi nunca se roban y no se ven cables antiestéticos.

Los teléfonos inteligentes suelen tener un mejor reconocimiento de voz ('Siri, dame indicaciones para llegar al estadio Mile High'), las aplicaciones son más baratas o gratuitas y las actualizaciones son gratuitas. Las actualizaciones de navegación para automóviles pueden costar entre $ 100 y $ 200.

Apple CarPlay y Android Auto de Google Combina aspectos superiores de ambos: obtienes una aplicación de mapas integrada que ya conoces y te gusta (Apple Maps en iOS, Google Maps en dispositivos Android), que se muestra en la pantalla LCD del automóvil y se utilizan algunos de los botones y perillas del automóvil.

Si compra un sistema de navegación GPS para automóvil, hágalo sabiendo que tiene una vida media, lo que significa que puede ser mejor que un dispositivo portátil actual, pero con el tiempo puede ser superado por las unidades portátiles. Hasta ahora, los fabricantes de automóviles no han ofrecido actualizaciones de la unidad principal o del módulo GPS. Si desea tener el GPS más actualizado en todo momento en su automóvil, alquile, no lo compre.

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