Modernizaci´on del sistema

Las generaciones originales de sat´elites del sistema NAVSTAR GPS transmit´ıan sola- mente dos tipos de se˜nales distribuidas en las bandas L1 y L2.

En banda L1 se transmit´ıan en fase con la portadora una se˜nal codificada llamada se˜nal P(Y), y en cuadratura con ´esta otra se˜nal civil de uso p´ublico llamada se˜nal C/A.

En L2 se transmit´ıa una r´eplica de la se˜nal codificada P(Y) en fase con la porta- dora, pero en cuadratura en lugar de transmitirse la se˜nal C/A se transmit´ıa una portadora sin modulaci´on.

Esta configuraci´on de las se˜nales transmitidas permit´ıa a los usuarios civiles utilizar solamente la se˜nal C/A de banda L1, mientras que los usuarios autorizados pod´ıan decodificar se˜nales en ambas bandas L1 y L2.

La capacidad de recepci´on en dos bandas permite al usuario desafectar por procesamiento conjunto de las se˜nales recibidas a trav´es de ambas una de las principales fuentes de error de la soluci´on de posici´on y velocidad, el retardo ionosf´erico. As´ı, la disponibilidad de la se˜nal P(Y) en las bandas L1 y L2 permite a los usuarios autorizados mejorar sustancialmente la calidad de la soluci´on de navegaci´on que pueden lograr comparado con lo que puede lograr un usuario civil. La no inclusi´on de una r´eplica de la se˜nal civil C/A en la banda L2 fue una medida deliberada tomada con el prop´osito de no facilitar la utilizaci´on del sistema GPS como mecanismo de navegaci´on en armamento que pudiera ser utilizado con intereses contrarios a los de los Estados Unidos por sus adversarios militares.

5

El tiempo UTC est´a definido a partir de otro patr´on de tiempo internacional, el TAI (del franc´es

Temps Atomique International). Al igual que ocurre con el tiempo GPS, el tiempo TAI y el tiempo UTC divergen a medida que este ´ultimo insertaleap seconds. A fines del 2013 la diferencia era de 35 segundos a favor de TAI. La relaci´on entre tiempo TAI y GPS es invariable por ser ambos ambos monot´onicos: el tiempo TAI est´a siempre 19 segundos adelantado respecto de GPS, ya que esa era la relaci´on entre el tiempo UTC y el tiempo TAI a comienzos de 1980.

Figura 2.3:_{Efecto de la disponibilidad selectiva. A la izquierda, gr´afica de nube de los}

errores en las coordenadas de latitud y longitud en una serie de soluciones de posici´on obtenidas el d´ıa 1ro de Mayo del 2000, antes de que la degradaci´on SA fuera desactivada. A la derecha, la misma gr´afica con mediciones realizadas el d´ıa 3 de Mayo del 2000,

luego de que se desactivara la degradaci´on. [26]

Incluso as´ı el error en la soluci´on de posici´on de un receptor civil utilizando solamente la se˜nal C/A puede tomar valores inferiores a la decena de metros, por lo que para limitar a´un m´as el valor militar de la se˜nal civil, se incorpor´o por dise˜no una degradaci´on intencional llamada Disponibilidad Selectiva (Selective Availability o SA) que permite incrementar artificialmente el error de las soluciones de posici´on hasta valores del orden de las centenas metros. [4]

En 1998, habiendo ya cubierto el sistema todas sus metas iniciales, se anunci´o el comienzo de una nueva etapa en el desarrollo del sistema NAVSTAR GPS. Se estableci´o que esta nueva etapa apuntar´ıa a la modernizaci´on del sistema con el objeto de mejorar sus prestaciones para todos los usuarios, a ampliar el campo de aplicaci´on civil y a renovar y expandir la infraestructura del sistema.

En l´ınea con este esfuerzo de modernizaci´on del sistema, en mayo del 2000 se anunci´o que con el objetivo de fomentar de forma inmediata la aplicaci´on del sistema NAVSTAR GPS en aplicaciones civiles, cient´ıficas y comerciales, se suspender´ıa de forma indefinida la degradaci´on SA. En la Figura2.3se puede ver el efecto que tuvo esta modificaci´on sobre la precisi´on de las soluciones de navegaci´on. [4][26]

Para el mediano y largo plazo, la renovaci´on del sistema trajo aparejada la creaci´on de un nuevo conjunto de se˜nales que se agregar´ıan a las ya transmitidas anteriormente:

Bloque Bloque Bloque

Banda Portadora Fase I, II, IIA IIAM IIF GPS III L1 1575,42MHz fase P(Y) P(Y) P(Y) P(Y) L1 1575,42MHz cuadratura C/A C/A C/A C/A M-Code M-Code M-Code

L1C L2 1227,60MHz fase P(Y) P(Y) P(Y) P(Y) L2 1227,60MHz cuadratura - L2C L2C L2C

M-Code M-Code M-Code

L5 1176,45MHz fase - - L5 I5 L5 I5

L5 1176,45MHz cuadratura - - L5 Q5 L5 Q5

Cuadro 2.1: _{Disponibilidad de se˜nales GPS cl´asicas y modernizadas en funci´on de la}

generaci´on a la que pertenece el sat´elites transmisor.

tres nuevas se˜nales civiles, llamadas L1C, L2C y L5, y una se˜nal militar modernizada M-Code. El agregado de la se˜nal L5 en la banda hom´onima adem´as llev´o adem´as la cantidad de las bandas utilizadas por el sistema de dos a tres.

El nuevo conjunto de se˜nales ofrece mejoras en las prestaciones, facilita la utilizaci´on de posicionamiento satelital en condiciones de baja relaci´on se˜nal a ruido, permite la recepci´on doble banda en aplicaciones civiles, provee de tolerancia incrementada en escenarios de interferencia, y adem´as posibilita la utilizaci´on de redundancia de se˜nal en aplicaciones cr´ıticas, entre otras mejoras. Todas estas se˜nales son compatibles con las se˜nales originales C/A y P(Y) (que pasaron a ser denominadaslegacy signals) por lo que los receptores actuales no requieren de modificaciones para funcionar con los sat´elites modernizados.

En el Cuadro2.1se puede ver la distribuci´on de se˜nales en las diferentes portadoras en funci´on de la generaci´on de sat´elites en que fue incorporada cada una. Como se puede ver en dicho cuadro, la se˜nal L1C todav´ıa no est´a disponible porque que no existen al d´ıa de hoy sat´elites del Bloque GPS III en ´orbita. Por otro lado las se˜nales L2C, L5 y M-Code ya se encuentran disponibles, pero son transmitidas solamente por los sat´elites m´as modernos.

A medida que la constelaci´on de sat´elites GPS vaya siendo actualizada se incrementar´a la cantidad de sat´elites capaces de transmitir las se˜nales modernizadas. Se estima que las nuevas se˜nales podr´an ser consideradas ´utiles cuando la cantidad de sat´elites que las transmitan sea de entre 18 y 24. Hasta que se alcance ese punto los receptores actuales seguir´an funcionando a partir de las se˜naleslegacy, C/A y P(Y). [27]

Figura 2.4:_{Espectro aproximado de las se˜nales GPS transmitidas a trav´es de la banda}

L1. Las amplitudes est´an expresadas en magnitudes relativas a la de la se˜nal C/A. El eje horizontal es relativo a la frecuencia portadora nominal,fL1.