El Sistema GLONASS

La alternativa GNSS que no conoces

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2016-06-01


Todo mundo está familiarizado con el GPS, el sistema de navegación por satélite de los Estados Unidos, pero pocos de nosotros sabemos que existe un sistema alterno que está en operación y proporciona servicios equivalentes. Este sistema es el GLONASS.

El GLONASS ((GLObal'naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema: Sistema Global de Navegación por Satélite en ruso) es un sistema de navegación satelital operado por las Fuerzas de Defensa Aeroespacial de Rusia. GLONASS es una opción al sistema de posicionamiento global de los Estados Unidos (GPS) y es hasta la fecha la única alternativa funcional con una cobertura global y de precisión similar.

El desarrollo del GLONASS comenzó en la Unión Soviética en 1976. El primer satélite GLONASS fue lanzado el 12 de octubre de 1982, 4 años y medio después del lanzamiento del primer satélite GPS. A partir de ahí, la flota de satélites GLONASS aumentó de manera constante hasta alcanzar más de dos docenas de vehículos en órbita en 1995. Sin embargo, los problemas económicos de Rusia y la relativamente corta vida útil de los satélites (tres años en comparación con los 7 años y medio de GPS) hicieron que la flota de satélites en operación se redujera rápidamente durante los próximos cinco años.

Durante la primera década del 2000, la restauración del sistema fue una prioridad para el gobierno de Vladimir Putin, por lo que se le han invertido grandes cantidades de dinero. GLONASS es el programa más caro de la Agencia Espacial Federal Rusa.

Para el año 2010, GLONASS había alcanzado una cobertura del 100% del territorio ruso y en octubre de 2011, se restauró la constelación orbital total de 24 satélites, lo que permite cobertura global completa.

 

Descripción del sistema

GLONASS es un sistema global de navegación por satélite que proporciona la posición en tiempo real y la determinación de la velocidad de usuarios civiles y militares. Los satélites de GLONASS se encuentran en órbita circular media a 19,100 kilómetros de altura con una inclinación de 64.8 grados y un período de 11 horas y 15 minutos. Estas órbitas  hacen que GLONASS sea especialmente adecuado para el uso en altas latitudes (norte o sur), donde las señales de los satélites GPS se reciben con mayor dificultad dada la menor inclinación de sus órbitas (55 grados sobre el ecuador). La constelación GLONASS está distribuida en tres planos orbitales, con 8 satélites uniformemente espaciados en cada plano. Para lograr cobertura mundial se requieren 24 satélites. Al igual que el GPS, un receptor GLONASS debe recibir señales de tiempo de al menos cuatro satélites para fijar su posición; de éstos, tres se utilizarán para determinar la ubicación del usuario y el cuarto para sincronizar los relojes del receptor con las otras tres naves espaciales.

Operación

A diferencia del GPS y del Galileo, en el que cada satélite se identifica a través de un código PRN (Pseudo Random Noise) distinto transmitido en una misma frecuencia portadora, los satélites GLONASS transmiten el mismo código PRN en diferentes frecuencias portadoras. Es decir, a cada satélite se le asigna una frecuencia distinta en lo que se conoce como multicanalización por división en frecuencia o FDMA por sus siglas en inglés. Las señales se transmiten en dos bandas: L1 y L2. Las frecuencias portadoras para cada satélite están dadas por:

Banda L1: f1= (1.602 + 9k/16) GHz

Banda L2: f2= (1.246 + 7k/16) GHz

donde k= 0, 1, 2, …, 23 es el número del satélite.

Al igual que en el caso del GPS la frecuencia portadora L1 se modula con un código C/A (Coarse Acquisition) con un rapidez de chip de 0.511 MHz, y con un código P (Precisión) con una rapidez de 5.11 MHz. En las frecuencias L2 sólamente se modulan con un código P.  De la misma forma que el GPS, los satélites de GLONASS transmiten un mensaje de navegación a una velocidad de 50 bps. En este mensaje de navegación se codifica el tiempo de cada satélite y su posición en el momento de transmitir en lo que son las efemérides y el almanaque.

Debido a que GLONASS requiere bandas más amplias de espectro radioeléctrico que el GPS, ha habido presión por grupos de radiostrónomos por limitar su espectro. Esto derivó en que a finales de 1990, Rusia se comprometió a hacer que sus satélites transmitieran una misma frecuencia cuando se encontraban en lados opuestos de la tierra. Esta estrategia “antípoda” asegura que los receptores GLONASS no tengan conflicto con señales en la misma frecuencia, al mismo tiempo que se reduce el ancho de banda que se requiere para su operación.

Control terrestre

El segmento de control terrestre del GLONASS está casi totalmente situado dentro de ex territorio de la Unión Soviética, a excepción de una estación en Brasilia, Brasil. El control terrestre y el centro y estándares de tiempo se encuentra en Moscú y las estaciones de telemetría y seguimiento están en San Petersburgo, Ternopol, Eniseisk, y Komsomolsk-na-Amure.

 

Exactitud

De acuerdo con el sistema ruso de Corrección Diferencial y de Control, a partir del 2010 la precisión de los datos del sistema GLONASS para latitud y longitud estaban en promedio en 2.8 m. En comparación, las mismas precisiones de tiempo de GPS y las definiciones de navegación fueron en promedio de 1.8 m.

En latitudes altas (norte o sur), la precisión GLONASS es mejor que la de GPS debido a la posición orbital de los satélites.

GLONASS y GPS

Algunos receptores son capaces de utilizar las señales de los satélites GLONASS y GPS, con lo que proporcionan una mejor cobertura en cañones urbanos y un menor tiempo de adquisición por tener acceso a más satélites simultáneamente.

Los receptores que reciben señales tanto de GLONASS como de GPS tienen que ser capaces de trabajar con las idiosincrasias de cada sistema:  recuperar las señales a partir de distintos formatos: CDMA para GPS, FDMA para GLONASS; corregir sus relojes a partir de las señales de ambos sistemas y convertir coordenadas entre los sistemas de referencia que usa cada sistema: WGS84 para el GPS y PZ-90.02 para el GLONASS.

La precisión de estos sistemas anda en promedio en 1m.

Curiosamente, ya hay muchos teléfonos inteligentes que contienen receptores para el GPS y el GLONASS. Este hecho es muy poco conocido, pero, por ejemplo, los Iphone 5 y 6 tienen capacidad par recibir señales de ambos sistemas.

La siguiente tabla resume algunas de las diferencias entre el sistema GPS y el GLONASS.

 

 

 

Versiones

Al igual que el GPS, a la fecha se han desarrollado diferentes  versiones del sistema GLONASS.

GLONASS. Lanzada en 1982, es la versión más antigua.

GLONASS M.  Lanzada en 2003. Contiene un segundo código civil.

GLONASS K. Iniciada en 2011 - Añade tercera frecuencia civil.

GLONASS K2 - se pondrá en marcha a partir de 2018  (actualmente en fase de diseño )

GLONASS KM - se pondrá en marcha a partir de 2025 (actualmente en fase de investigación )


Los satélites GLONASS K utilizan la técnica de multicanalización CDMA en la banda L3, con lo que tienen mayor compatibilidad con el sistema GPS. Los satélites GLONASS K2 transmitirán tanto en FDMA como en CDMA en las bandas L1 y L2 y las señales de CDMA.

La razón por la cual el desempeño del GLONASS sea inferior al del GPS se debe a varios factores, entre los que se encuentran la precisión de los relojes atómicos a bordo, el número de satélites de la constelación y el hecho de que la supervisión y el control del segmento de tierra se limitan al territorio de Rusia.

Así que ahora ya lo sabemos. Existe un sistema de navegación por satélite alterno al GPS y que seguramente ya estamos usando sin darnos cuenta. Este sistema es el GLONASS y su utilización mejora nuestra estimación de posicionamiento y complementa al GPS. En el futuro tendremos otros sistemas como el GALILEO de la Unión Europea y el BeiDou de China con los que seguramente desarrollaremos aplicaciones no imaginadas hasta ahora.

Más información en: https://glonass-iac.ru/en/



Etiquetas: glonass,gps,satelites

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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