Sistemas globales de navegación por satélite. Evoluciones y perspectivas futuras.

Los sistemas de navegación por satélite permiten localizar a un usuario por medio de medidas de distancia entre éste y al menos tres posiciones conocidas (la de los satélites de la constelación). La distancia a uno de los satélites nos definirá una esfera de posibles soluciones, mientras que la intersección de las tres esferas nos definirá la localización del usuario. Las medidas de distancia se obtienen multiplicando por la velocidad de la luz la diferencia entre el tiempo de emisión en el satélite y el tiempo de recepción en el usuario. Con el fin de sincronizar el reloj del usuario a la referencia de tiempos del sistema se recurre a resolver una cuarta incógnita,  el error de reloj del usuario. De esta forma para determinar nuestra localización (tres parámetros) y el tiempo (un parámetro) necesitaremos al menos tener cuatro satélites en vista.

El sistema GPS comenzó a desarrollarse como heredero del sistema NNSS (TRANSIT) en Estados Unidos en el año 1973, los primeros satélites se lanzaron a comienzo de la década de los ochenta y desde principios de los noventa GPS viene funcionando de forma operacional. La involucración de GMV en GNSS se remonta a principios de los noventa. Los comienzos se centraron en el área de determinación de orbitas y relojes, receptores y aplicaciones civiles, fundamentalmente aeronáuticas. Desde mediados de los noventa GMV se involucró fuertemente en el diseño y desarrollo de los sistemas europeos EGNOS y Galileo. En donde GMV ha desarrollado y continua desarrollando elementos clave. En paralelo GMV se convirtió en ese periodo en pionero de aplicaciones GNSS, muy orientadas hacia el sector transporte y otras aplicaciones tales como la agricultura.

GMV ha dedicado un enorme esfuerzo a la innovación en el campo de GNSS, cubriendo diferentes áreas: desarrollo de sistemas GNSS y de aumentación (SBAS), desarrollo de receptores, desarrollo de aplicaciones, nuevas tecnologías de posicionamiento, etc. Eso ha permitido posicionarse a GMV como líder a nivel mundial en GNSS acumulando una experiencia única en un gran número de áreas. Innovación implica, entre otras cosas, tener una cierta capacidad de predecir cómo van a evolucionar en el futuro los sistemas y aplicaciones GNSS. En 2011 la visión que GMV tenía sobre la evolución de los Sistemas de Navegación se podía resumir en los siguientes conceptos:

• Un único sistema GNSS construido a base de contribuciones de diferentes países.
• Un conjunto de sistemas regionales de navegación por satélite, con el objetivo de mejorar la geometría, transmitir información asociada a la navegación y proveer de servicios adicionales a nivel regional.
• Un conjunto de sistemas SBAS (“Satellite Based Augmentation Systems”) integrados con los sistemas regionales para proveer servicios que puedan implicar riesgo vital.
• Nuevos algoritmos de posicionamiento, que se beneficien de la disponibilidad de medidas en varias frecuencias, medidas de fase, y algoritmos avanzados de PPP (“Precise Point Positioning”) a nivel usuario.
• Integración con otras tecnologías de posicionamiento no satelitales.

Diez años después podemos ver cómo han ido evolucionando los sistemas GNSS y tenemos nuevas perspectivas para las evoluciones futuras.

A nivel sistema no se ha conseguido ir hacia el desarrollo de un sistema global que sume contribuciones, sin embargo eso sí ocurre claramente a nivel aplicación. Hoy en día la gran mayoría de los receptores disponibles en el mercado integran todos los sistemas GNSS. Razones de soberanía y seguridad impiden a día de hoy la construcción de un sistema global basado en contribuciones aportadas por diferentes países, pero los diferentes sistemas se diseñan para ser altamente compatibles e interoperables, de forma que para los usuarios es prácticamente transparente el hecho de que el posicionamiento que obtiene en su aplicación de navegación se genera habitualmente a partir de medidas de varias constelaciones. Es de esperar que en el futuro aumente la cooperación internacional al ser la navegación por satélite una actividad de vital importancia para la economía.

Los sistemas de navegación regionales han ido proliferando en los últimos años. En India, Japón, China (componentes regionales de Beidou) son una realidad y otros muchos países, o regiones, los están considerando. Los sistemas regionales son una gran alternativa para mejorar prestaciones, y proporcionar servicios adicionales a los usuarios. Tenemos la perspectiva de que estos sistemas van a continuar emergiendo durante los próximos años.

Los sistemas SBAS clásicos proporcionan integridad sobre la solución de los sistemas globales. Sin embargo no terminan de despegar a nivel mundial porque solo están al alcance de los países grandes  como EEUU y Rusia, o bloques de países relativamente unificados como la UE, ya que requieren complicados acuerdos a nivel político para países más pequeños, y son costosos de operar y de desplegar. Durante los últimos años se están desarrollando sistemas avanzados basados en el concepto de provisión de servicio, y cubriendo un mayor rango de usuarios, no solo enfocados hacia aviación. De esta forma la inversión requerida es mucho más fácil de justificar. Sistemas como Galileo, que transmiten la señal de navegación en varias frecuencias de uso civil, hacen posible el concepto de un servicio SBAS de dimensión global que pueda contratarse sobre países o áreas relativamente pequeñas a través de un operador que provisiona un servicio. Un ejemplo de estos sistemas es el prototipo operacional desarrollado con la contribución de GMV en Australia y Nueva Zelanda. Esperamos que este concepto de “Global SBAS”, basado en la provisión de un servicio, asociado con la provisión de servicios adicionales, como PPP, haga proliferar este tipo de sistemas en los próximos años.

El PPP a día de hoy ya es una realidad, sistemas como Galileo lo incorporan a través de su servicio de Alta Precisión (High Accuracy Service, HAS, inglés), y muchas aplicaciones se benefician de ello. La combinación de PPP con integridad está siendo utilizada para el desarrollo de vehículos autónomos. Estas tecnologías permiten a los usuarios posicionarse con unos pocos centímetros y solventan las limitaciones de los sistemas de posicionamiento tradicionales. El uso de PPP con integridad esta ya revolucionando el mundo de las aplicaciones GNSS y lo hará aún más en el futuro.

La integración de otras tecnologías de posicionamiento con GNSS es fundamental en muchas aplicaciones y continuará evolucionando en los próximos años con la aparición de nuevas tecnologías. GNSS es probablemente la única tecnología capaz de proporcionar posicionamiento y tiempo absolutos y el resto de las tecnologías pueden refinar esa solución con datos de posicionamiento relativo. El coche autónomo es un buen ejemplo de ello, en donde se integra GNSS, con cámaras, laser, 5G, odómetros e inerciales, etc.

Incluso la integración con otras tecnologías ajenas al posicionamiento puede enriquecer el área de GNSS. Las nuevas mega-constelaciones de satélite de comunicaciones promovidas por empresas como SpaceX, OneWeb y Amazon, que prevén el lanzamiento de miles de satélites en órbitas LEO y MEO, para proporcionar internet de banda ancha de manera global, pueden ser también un elemento disruptivo para el mundo de GNSS. Si no directamente por el hecho de usar dichos satélites para aplicaciones de navegación, sí al menos de forma indirecta por el incremento en las capacidades para las comunicaciones. La fusión con tecnologías como la Inteligencia Artificial y el Internet de las Cosas (Internet of Things, IOT en inglés), puede ampliar el rango de aplicaciones que se pueden beneficiar de la información de posicionamiento que proporcionan los sistemas de GNSS.

En el futuro los sistemas seguirán evolucionando para adecuarse a las necesidades cada vez más exigentes de los usuarios. El incremento de la seguridad, resistencia a interferencias y el desarrollo de sistemas de posicionamiento complementarios serán cosas que iremos viendo en los próximos años para hacer aún más fascinante el mundo de la navegación.

Autor: Miguel Romay Merino