Hacia una nueva generacion de GPS

Hacia una nueva generacion de GPS

Electrónica
Etiquetas: , ,
48 Flares Twitter 40 Facebook 1 Google+ 7 Pin It Share 0 Email -- 48 Flares ×

Durante la última década, el posicionamiento global mediante los dispositivos GPS se transformó desde una tecnología especializada, en su mayoría disponible a pocos entendidos, hasta convertirse en  pequeños dispositivos utilizados por los consumidores de casi todos los estratos sociales, en forma diaria y continua. Esta transformación es el resultado de dos generaciones de avances y convergencias tecnológicas que llevaron al GPS a convertirse en un dispositivo de uso masivo. En este artículo intentaremos analizar la “probable, próxima” y emocionante etapa en la evolución del GPS, que deberá encargarse de resolver los problemas de falta de disponibilidad, de información y de ubicación, por lo general, cuando el usuario más lo necesita.

La primera generación de dispositivos (a nivel usuario, fuera de la órbita militar) que aparecieron durante los primeros años de la década pasada, eran considerados en el mercado, como elementos accesorios para la navegación personal (Personal Navigation Devices, PNDs), y poco a poco, fueron alcanzando un precio (cada vez menor) que facilitó la rápida incorporación de este tipo de productos en el gran mercado de las masas populares. La etapa posterior de esta revolución se reflejó con la aparición del teléfono inteligente. Los comúnmente llamados “Smartphones”,  hoy ofrecen diversas capacidades de acceso a distintas informaciones del lugar donde nos encontremos y dependen, en gran medida, de una funcionalidad GPS para el posicionamiento preciso y el seguimiento paso a paso para las aplicaciones que se desarrollan, orientadas a la navegación.

Hacia una nueva generacion de GPS

Los teléfonos inteligentes con GPS, no sólo se utilizan en los países desarrollados para asistir en la circulación o navegación a peatones y ciclistas, sino también a los conductores. Esto es conocido por cualquiera que alguna vez haya utilizado uno.  Además, estas aplicaciones pujan a diario por ofrecer más y mejores servicios al usuario de estos teléfonos inteligentes y lo vemos en aplicaciones tan diversas como insólitas: desde la ubicación del hotel o restaurante, más próximo a nuestra ubicación en el planeta, como a descubrir la maravilla de un cielo, colmado de estrellas en realidad aumentada, que nos hace sentir al mando del Hubble o el Kepler.

La tecnología de posicionamiento, además de alcanzar en forma progresiva un costo cada día menor, está apareciendo desde hace pocos años en otros productos tales como las cámaras fotográficas donde se almacena, junto a la imagen, la ubicación en el mundo donde fue tomada la fotografía (geo-tagging). Más allá de estos “detalles”; el alcance y ámbito de utilización de tales aplicaciones, podría ampliarse considerablemente si pudiera superarse la barrera en las limitaciones de rendimiento del GPS en entornos urbanos o en el interior de densas zonas arboladas, por ejemplo. Allí estaremos entonces ante una nueva generación de dispositivos GPS. Uno de los caminos posibles a encontrar soluciones efectivas está en el interior de los teléfonos inteligentes. Allí, conviven componentes (por lo general llamados “combo-chips”) en los que convergen múltiples combinaciones de funciones que pueden incluir la conectividad Wi-Fi, Bluetooth y GPS.

Hacia una nueva generacion de GPS

La otra tendencia actual, está basada en el uso masivo de sensores MEMS (acelerómetros, brújulas y giróscopos) que, cuando se fusionan todos sus datos en conjunto, proporcionan un medio para el seguimiento preciso de una posición lineal, su posición angular, su velocidad y sus aceleraciones, sumado a la velocidad de desplazamiento y el sentido de este movimiento en el espacio, gracias a la brújula. Por lo tanto, el uso de sensores MEMS, se están utilizando para medir los parámetros que están relacionados con la posición de la plataforma (teléfono o dispositivo específico) y su desplazamiento o movimiento en el mundo real. Tales tipos de mediciones se refieren a menudo como "mediciones inerciales". El uso de las mediciones inerciales (Inertial Navigation SystemsINS), es bien conocido y establecido en el mundo del GPS y de navegación por radio, en equipos de uso profesional.

Es importante tener en cuenta las diferencias funcionales entre los dos métodos de posicionamiento. El GPS se basa en la medición de la distancia (o retraso en la señal de un satélite), desde varios transmisores conocidos, con el fin de triangular la posición del receptor móvil. Por lo tanto, un receptor GPS directamente calcula la posición cada vez que se realiza una adquisición de datos. La desventaja de la medición en estos receptores de radionavegación es que los errores resultantes, durante una pobre obtención de datos, pueden ser muy significativos, incluso en el orden de los 10 metros. Por lo tanto, los receptores suelen utilizar algoritmos dinámicos de estimación, tales como Filtros de Kalman, con el fin de reducir los errores a niveles aceptables por el usuario medio.

Hacia una nueva generacion de GPS

Por otro lado, los parámetros de medida “de navegación inercial” en un sistema de plataforma física, están compuestos por elementos como la aceleración lineal (acelerómetros), la aceleración angular (giróscopos) y la dirección absoluta de orientación (brújula 3D). Mediante la integración (fusión) de estos valiosos datos, un sistema de navegación puede calcular la posición y orientación del usuario que porta consigo el equipo, “suponiendo que la posición inicial se conoce”. La ventaja de utilizar sistemas de navegación inerciales es que los errores de medición son generalmente más pequeños que los errores resultantes, en los receptores de radionavegación. Sin embargo, puesto que los receptores deben integrar en forma constante los datos de medición, los errores se acumulan y conducen a una "deriva" cuando se integra durante largos períodos de tiempo. Por tanto, es evidente que los sistemas GPS e INS se complementan entre sí cuando se combinan y pueden intercambiar datos entre sí.

En un sistema típico combinado, el receptor GPS calcula la posición inicial, mientras que el sistema INS se utiliza para generar la diferencia de posición desde un punto inicial. Para evitar errores de deriva debido al INS, el receptor GPS se utiliza para corregir la posición de forma periódica. Naturalmente, hay formas optimizadas para lograr esta combinación y esto se consigue normalmente con el uso de un Filtro de Kalman Extendido (EKF). La combinación de esta tendencia de “convergencia” de múltiples tecnologías en combo-chips, junto con la disponibilidad de un GPS y sensores MEMS en las plataformas móviles, el siguiente paso en esta revolución es la creación de combo-chips que contengan lo mejor de ambos mundos, tanto la tecnología GPS, como los sensores MEMS, integrados bajo un mismo encapsulado. Aparte de la introducción de un mayor grado de integración, las plataformas basadas en estos circuitos integrados llevarían al usuario a disfrutar de un mejor rendimiento de navegación y permitir alcanzar un posicionamiento verdadero, de alta precisión y desafiando cualquier entorno geográfico y/o topográfico.

Hacia una nueva generacion de GPS

En conclusión, saber exactamente dónde nos encontramos, paradójicamente, es en muchas ocasiones un objetivo complejo cuando más lo necesitamos. En entornos urbanos densos, cuando salimos de un estacionamiento subterráneo, en zonas boscosas y esta limitación se amplía cada vez más, en los dispositivos móviles, cuando transitamos en interiores (centros comerciales, edificios públicos, etc.) como para un GPS tradicional, que se torna completamente inútil en estos lugares. Con la tecnología GPS- INS, los consumidores podrán disfrutar del funcionamiento perfecto de un GPS mejorado para las aplicaciones "de bolsillo" en casi cualquier lugar, al permitir una navegación de alta calidad dinámica en cualquier entorno, en particular cuando más sea necesario.


Avatar de Mario
Autor: Mario