La última vez que usó su teléfono para que Google Maps señalara su ubicación exacta^{(Google Maps pinpoint your exact location)} en un mapa, ¿alguna vez se detuvo y se preguntó cómo funciona el GPS con tanta precisión?

El Sistema de Posicionamiento Global^{(Global Positioning System)} ( GPS ) fue lanzado por el Departamento^{(U.S. Department)} de Defensa^(Defense) de los EE. UU. en 1973 (conocido como NAVSTAR ). Para 1993, había 24 satélites GPS orbitando la Tierra y transmitiendo datos orbitales y posicionales que los militares podían usar para la navegación y otros fines militares. Hoy, al momento de escribir este artículo, hay 28.

En la década de 1980, los datos transmitidos desde los satélites GPS se abrieron al público, lo que abrió todo un mercado para la amplia variedad de dispositivos de navegación GPS que tenemos hoy. 

Al momento de escribir este artículo, Rusia^(Russia) , China , Europa^(Europe) e India tienen sus propios sistemas GPS activos . Japón^(Japan) está desarrollando su propio sistema GPS programado para estar operativo en 2023.

¿Cómo funciona el GPS?^{(How Does GPS Work?)}

Si bien la tecnología satelital en la que se basa el GPS es muy avanzada, la forma en que opera el sistema es impresionantemente simple.

Hay tres componentes en cualquier sistema de navegación GPS individual.^(GPS)

• Satélites^(Satellites) : Los satélites GPS orbitan la Tierra^(Earth) y transmiten su hora actual y posición orbital a todos los receptores GPS en su lado del planeta.
• Centro de comando^{(Command Center)} : El centro de comando transmite datos orbitales, correcciones de tiempo y la posición orbital de otros satélites hasta los satélites en órbita.
• Receptores de GPS^{(GPS Receivers)} : un receptor de GPS en la ^(GPS)Tierra^(Earth) recibe tiempos orbitales de tantos satélites dentro del alcance y calcula su propia posición en la Tierra^(Earth) en función de las posiciones de al menos cuatro satélites de GPS .

Los receptores GPS^(GPS) utilizan un principio matemático conocido como triangulación para calcular su propia ubicación. 

¿Cómo funciona la triangulación GPS?^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Desde cualquier punto del planeta, si tiene un receptor de GPS (como el de su teléfono), un receptor de GPS recibe marcas de tiempo de los relojes sincronizados en cada uno de los satélites de GPS .

Usando las diferencias en las marcas de tiempo y la velocidad constante de la luz a la que viajan las ondas de radio, el receptor GPS puede determinar la distancia entre el lugar donde se encuentra y cada satélite.

Esto proporciona al receptor GPS el radio de las esferas con los satélites en el centro y su ubicación en el borde de la esfera.

Dado que cada satélite viaja en una órbita predecible sobre la tierra, el receptor puede usar un almanaque almacenado de la posición actual conocida de todos los satélites GPS para determinar dónde, aproximadamente, esos satélites se encuentran actualmente sobre la tierra.

Con la posición conocida de cada satélite y la distancia medida entre esos satélites y su posición, su receptor GPS puede calcular su ubicación aproximada al determinar dónde se unen las intersecciones de esas tres esferas en la superficie de la Tierra^(Earth) .

Luego, el receptor le muestra esa ubicación en un mapa.

Tres satélites brindan una ubicación aproximada y los receptores GPS requieren una cuarta señal de otro satélite GPS para determinar su altitud actual en la superficie de la Tierra utilizando otro principio matemático conocido como trilateración.

Cómo funciona el sensor GPS de su teléfono^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

La mayoría de los teléfonos inteligentes modernos vienen equipados con un chip receptor de GPS . Este chip puede recibir las señales de radio de los satélites GPS .

El reloj de tu teléfono no es un reloj atómico, por lo que su hora no está sincronizada con los relojes atómicos de los satélites en órbita. Sin embargo, esto no importa cuando se trata de calcular la ubicación usando señales de esos satélites.

Esto se debe a que el receptor GPS^(GPS) de su teléfono se concentra en los datos que recibe de los satélites y en una base de datos de ubicaciones satelitales conocidas sobre la Tierra^(Earth) . Dado que todos los satélites tienen un reloj atómico, la hora actual en cada satélite es exactamente la misma en cualquier momento dado.

Sin embargo, debido a la distancia del satélite y al hecho de que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, las diferencias entre cada marca de tiempo recibida revelan la distancia entre su teléfono y cada uno de los satélites.

Así es como funciona este proceso de GPS:

• Los cuatro satélites transmiten la misma marca de tiempo exacta a su teléfono a las 5:12:14 p. m.
• Su teléfono recibe esa marca de tiempo a las 5:12:15 del satélite 1.
• Recibe la marca de tiempo a las 5:12:16 del satélite 2.
• Finalmente, a las 5:12:17, recibe la marca de tiempo del satélite 3.

Esto le dice a su receptor GPS que la señal de radio tardó 1 segundo en llegar desde el satélite 1, 2 segundos desde el satélite 2 y 3 segundos desde el satélite 3.

La velocidad de la luz es una constante conocida de 299.792.458 metros por segundo.

Usando matemáticas simples, el receptor puede calcular que su distancia es de aproximadamente 300 mil metros del satélite 1, 600 mil metros del satélite 2 y 900 mil metros del satélite 3.

Usando una tabla de búsqueda de una base de datos de satélites GPS , el receptor ^(GPS)GPS de su teléfono conoce la ubicación actual aproximada sobre la tierra de los tres satélites, lo que proporciona las coordenadas de longitud y latitud de los tres. 

Con esa información, su teléfono puede calcular sus propias coordenadas de longitud y latitud^{(your own longitude and latitude coordinates)} en la Tierra.

Usando sus coordenadas conocidas, su receptor GPS puede usar la distancia medida entre él y un cuarto satélite para determinar a qué altitud sobre la Tierra^(Earth) se encuentra.

¿Qué es un sistema de posicionamiento global asistido?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Antes de que los teléfonos inteligentes comenzaran a integrar circuitos GPS , las personas generalmente usaban receptores GPS portátiles que funcionaban con baterías AA. O instalarían unidades de GPS en los automóviles, que funcionaban conectados a la batería del teléfono.

Esto se debió a que la comunicación por radio requiere más potencia. La limitación de esto es que a menudo tenía que esperar varios minutos para que su receptor GPS se "bloquee" con suficientes satélites GPS para calcular su posición.

Los fabricantes de teléfonos inteligentes superaron esta limitación de la batería al combinar su tecnología existente de triangulación celular. Mucho^(Long) antes de que los teléfonos estuvieran habilitados para GPS , podían usar señales provenientes de torres de telefonía celular para triangular su posición, utilizando el mismo tipo de marca de tiempo de triangulación y tecnología de distancia que con los satélites  GPS .

Desafortunadamente, debido a que las torres de telefonía celular están al nivel del suelo, este cálculo de navegación es mucho menos preciso. Por lo tanto, el software GPS^(GPS) de su teléfono inteligente primero usará la triangulación de la señal celular para determinar su posición aproximada y luego actualizará esa posición una vez que los datos satelitales del GPS estén listos.

Esto permite que los teléfonos inteligentes modernos reserven la energía de la batería utilizando solo los datos del GPS cuando se requieren esas actualizaciones de ubicación. Esta es la razón por la que a menudo puede ver su ubicación^{(see your location)} en Google Maps saltando ocasionalmente a una nueva ubicación cuando hay datos más precisos disponibles.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The last timе уou used your phоne to hаve Google Maps pinpoint your exact location on a map, did you ever stop and wonder how does GPS work so accurately?

The Global Positioning System (GPS) system was actually launched by the U.S. Department of Defense in 1973 (known as NAVSTAR). By 1993, there were 24 GPS satellites orbiting the Earth and broadcasting orbital and positional data that the military could use for navigational and other military purposes. Today, as of this writing, there are 28.

In the 1980s, data transmitted from GPS satellites were opened up to the public, which opened up an entire market for the wide assortment of GPS navigation devices we have today. 

As of the writing of this article, Russia, China, Europe, and India all have their own active GPS systems. Japan is developing its own GPS system slated to be operational in 2023.

How Does GPS Work?

While the satellite technology GPS is based on is very advanced, the way the system operates is impressively simple.

There are three components to any individual GPS navigational system.

• Satellites: GPS satellites orbit the Earth and transmit their current time and orbital position to all GPS receivers on their side of the planet.
• Command Center: The command center transmits orbital data, time corrections, and the orbital position of other satellites up to the satellites in orbit.
• GPS Receivers: A GPS receiver on Earth receives orbital times from as many satellites within range, and calculates its own position on Earth based on the positions of at least four GPS satellites.

GPS receivers utilize a mathematical principle known as triangulation to calculate its own location. 

How Does GPS Triangulation Work

From any point on the planet, if you’re holding a GPS receiver (like the one in your phone), a GPS receiver receives time stamps from the synchronized clocks on each of the GPS satellites overhead.

Using the differences in timestamps, and the constant speed of light at which radio waves travel, the GPS receiver can determine the distance between where you’re standing to each satellite.

This provides the GPS receiver with the radius of the spheres with the satellites at the center, and your location at the edge of the sphere.

Since each satellite travels in a predictable orbit over the earth, the receiver can use a stored almanac of the current known position of all GPS satellites to determine where, approximately, those satellites are currently located over the earth.

With the known position of each satellite, and the measured distance between those satellites and your position, your GPS receive is able to calculate your approximate location by determining where the intersection of those three spheres come together on the surface of the Earth.

The receiver then displays that location to you on a map.

Three satellites provide a rough location, and GPS receivers require a fourth signal from another GPS satellite to determine your current altitude on the Earth’s surface using another mathematical principle known as trilateration.

How Your Phone GPS Sensor Works

Most modern smartphones today come equipped with a GPS receiver chip. This chip can receive the radio signals from GPS satellites.

Your phone’s clock is not an atomic clock, so its time isn’t synced with the atomic clocks of the satellites in orbit. However, this doesn’t matter when it comes to calculating location using signals from those satellites.

This is because your phone’s GPS receiver is focusing on the data it receives from the satellites, and a database of known satellite locations over the Earth. Since all of the satellites do have an atomic clock, the current time on each satellite is exactly the same at any given moment.

However, due to distance from the satellite, and the fact that the radio signals travel at the speed of light, the differences between each received timestamp reveals the distance between your phone and each of the satellites.

Here’s how this GPS process works:

• All four satellites transmit the same exact timestamp to your phone at 5:12:14 PM.
• Your phone receives that timestamp at 5:12:15 from satellite 1.
• It receives the timestamp at 5:12:16 from satellite 2.
• Finally, at 5:12:17, it receives the timestamp from satellite 3.

This tells your GPS receiver that it took 1 second for the radio signal to reach it from satellite 1, 2 seconds from satellite 2, and 3 seconds from satellite 3.

The speed of light is a known constant of 299,792,458 meters per second.

Using simple math, the receiver can calculate that its distance is roughly 300 thousand meters from satellite 1, 600 thousand meters from satellite 2, and 900 thousand meters from satellite 3.

Using a lookup table from a GPS satellite database, your phone’s GPS receiver knows the approximate current location over the earth of all three satellites, which provides longitude and latitude coordinates of all three. 

With that information, your phone is able to calculate your own longitude and latitude coordinates on the Earth.

Using your known coordinates, your GPS receiver can then use the distance measured between itself and a fourth satellite to determine what altitude above the Earth you’re located.

What Is An Assisted Global Positioning System?

Before smartphones started integrating GPS circuitry, people typically would use handheld GPS receivers that ran off AA batteries. Or they would install GPS units in cars, which ran connected to the phone’s battery.

This was because radio communication requires more power. The limitation of this is that you often had to wait several minutes for your GPS receiver to “lock onto” enough GPS satellites to calculate your position.

Smartphone manufacturers got around this battery limitation by combining its existing technology of cellular triangulation. Long before phones were GPS enabled, they could use signals coming from cellphone towers to triangulate your position, using the same sort of triangulation timestamp and distance technology as with GPS satellites. 

Unfortunately, because cell phone towers are at ground level, this navigational calculation is far less accurate. So your smartphone GPS software will first use cell signal triangulation to determine your approximate position, and then update that position once satellite GPS data is ready.

This allows modern smartphones to reserve battery power by only using GPS data when those location updates are required. This is why you may often see your location on Google Maps occasionally jump to a new location when more accurate data is available.

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