La señal GPS

Calcular la distancia en función del tiempo es bastante sencillo, e incluso la trilateración (que veremos en breve), no es tan complicada como parece cuando añades unos cuantos diagramas. Pero la señal GPS y su funcionamiento son bastante complicados.

¿Qué información nos llega? La señal única transmitida desde cada satélite contiene dos códigos y un mensaje:

• Código C/A (código grueso/de adquisición)
• Código P (código de precisión) [llamado código Y en su forma cifrada].
• Mensaje de navegación

El código P está encriptado para uso militar, por lo que puede ignorarse. Se cifra para impedir la suplantación de identidad y controlar quién tiene acceso al sistema. Por cierto, una vez cifrado el código P, se denomina código Y.

Se utilizan dos ondas portadoras:
Ll = 1575,42 MHz
L2 = 1227,60 MHz

Cada satélite modula sus propios códigos exclusivos en las ondas portadoras. El código C/A al que pueden acceder los civiles se envía en Ll. Se compone de 1.023 bits.

El código completo tarda un milisegundo en transmitirse y se repite sin cesar.

Además del código C/A, también se modula en la portadora Ll un mensaje de navegación. Este mensaje contiene mucha información vital y es bastante largo. Sin embargo, debido a la relativa lentitud con la que se envía, se tarda 12,5 minutos en enviar un mensaje completo.

Un segundo código único se modula en las portadoras Ll y L2. Este código está encriptado para uso militar y no puede ser utilizado por civiles. Contiene muchos más bits y se envía a mayor velocidad, lo que permite a los usuarios autorizados calcular la precisión de la posición con mucha más exactitud.

Como civiles, sólo nos interesan el código C/A y el mensaje de navegación. El código C/A es en realidad una cadena binaria formada por 1.023 bits. A primera vista, la secuencia parece completamente aleatoria, pero no lo es. La secuencia ha sido cuidadosamente compuesta de tal manera que si se escribe la secuencia en dos trozos de papel de calco y se superponen, sólo hay una posición en la que coincidirán (como se muestra aquí).

Veremos por qué es importante que el código C/A sólo coincida en una posición más adelante cuando veamos cómo se calcula la distancia al satélite. Por ahora, todo lo que necesitamos saber es que el código C/A que transmite cada satélite es único para ese satélite y que, aunque parezca una cadena aleatoria de bits, no lo es. En realidad, el código sigue un patrón determinista preciso, por lo que suele denominarse ruido pseudoaleatorio (PRN).

El mensaje de navegación es diferente del código C/A porque contiene datos. Esto incluye información sobre correcciones de reloj, estado de los satélites, datos de efemérides (órbita precisa), parámetros del modelo de ionosfera y datos del almanaque (información general sobre todos los satélites de la constelación). Debido a la cantidad de información que contiene el mensaje de navegación y a la velocidad relativamente lenta a la que se transmite, se tarda 12,5 minutos en enviar el mensaje completo.

La última parte de la señal GPS que debemos analizar es la propia portadora. Como ya hemos dicho, cada satélite transmite dos frecuencias: L1 a 1575,42 MHz y L2 a 1227,60 MHz. Los tres elementos (el código C/A, el código Y y el mensaje de navegación) se modulan en la portadora L1, mientras que sólo el código Y se modula en la portadora L2. Sin embargo, aunque los usuarios civiles no podemos demodular el código Y a partir de la portadora L2, sí podemos hacer uso de la propia onda portadora L2, como explicamos en '¿Qué son las correcciones diferenciales o DGPS?'.

El código C/A se modula sobre la onda portadora a 1,023 Mb/s. El mensaje de navegación se modula sobre la portadora a 50 b/s.

Este es uno de los artículos de nuestra sección '¿Qué es el GNSS?'.