← Inicio

Introducción

Los satélites se mueven a gran velocidad muy por encima de la Tierra, donde la gravedad es más débil. Según la teoría general de la relatividad de Einstein, una gravedad más débil hace que los relojes avancen más rápido. Según su teoría especial de la relatividad, el movimiento rápido hace que los relojes avancen más despacio. Es difícil de imaginar, pero a bordo de un satélite el tiempo transcurre a un ritmo distinto que en la Tierra.

La diferencia es lo bastante grande como para que, sin corregirla, los sistemas de navegación por satélite no pudieran proporcionar posiciones precisas. Este sitio muestra satélites GPS o GLONASS en vivo, según el modo actual del receptor, y presenta cálculos relativistas representativos para esos dos sistemas.

El receptor proporciona datos de observación en directo. Los efectos relativistas sobre los relojes se calculan a partir de modelos orbitales representativos; el receptor no mide directamente la diferencia entre las tasas de los relojes de los satélites y los relojes situados en la Tierra.

Por qué la relatividad es importante para la navegación por satélite

La navegación por satélite funciona en gran medida midiendo con precisión el tiempo de las señales de radio. Un satélite transmite información temporizada con precisión, y el receptor utiliza las diferencias en los tiempos de llegada de las señales para estimar su distancia a varios satélites y calcular una posición.

La luz recorre unos 30 centímetros en un nanosegundo. Un nanosegundo es una milmillonésima de segundo. Por tanto, errores muy pequeños de reloj pueden convertirse en errores de distancia significativos.

Los relojes de los satélites GNSS se ven afectados tanto por la gravedad como por el movimiento. Por ejemplo, en el modelo orbital GPS MEO representativo, el efecto combinado es de aproximadamente +38,6 microsegundos al día. Un microsegundo es una millonésima de segundo.

En ese ejemplo de GPS MEO, si no se compensara la diferencia de tasa del reloj, el error equivalente acumulado en la distancia de la señal aumentaría aproximadamente 11,6 kilómetros al día. Esto no significa que una posición mostrada se desplazara simplemente exactamente esa distancia después de un día. Significa que la diferencia de tasa modelada corresponde a esa distancia recorrida por la señal durante un día.

Dos efectos compiten

Dos efectos físicos empujan el reloj del satélite en direcciones opuestas.

• Una mayor altitud significa una gravedad más débil. En comparación con un reloj cercano al nivel del mar, esto hace que el reloj del satélite avance más rápido.
• El rápido movimiento orbital hace que el reloj del satélite avance más despacio.
• En los modelos orbitales GNSS representativos implementados por este sitio, el efecto de la gravedad es mayor, por lo que el resultado combinado es una ganancia neta del reloj.

Valores representativos para el modelo orbital GPS MEO:

En esta documentación, geopotencial se refiere a la gravedad junto con la convención de referencia terrestre al nivel del mar utilizada para la medición del tiempo cerca de la Tierra.

Qué es en directo y qué se calcula

El panel combina observaciones en directo del receptor con cálculos basados en modelos orbitales representativos.

Datos del receptor disponibles para la aplicación

Estos valores proceden de la fuente de datos GNSS:

• estado del receptor;
• información de tiempo y de la solución de posición proporcionada por el receptor;
• constelación e identificador del satélite;
• acimut;
• elevación, mostrada como altura en el cielo;
• intensidad de la señal;
• si un satélite se utiliza en la solución de posición actual.

La Hora en el receptor del panel es la hora civil actual en la ubicación del receptor, en la localidad de Bladel, Países Bajos. Se muestra en la zona horaria Europe/Amsterdam y sigue automáticamente CET/CEST; no es la hora a bordo del satélite seleccionado ni la hora derivada del ordenador del visitante.

Calculado mediante modelos orbitales representativos

Para satélites GPS o GLONASS, el panel utiliza el modelo orbital MEO representativo correspondiente y calcula:

• clase orbital representativa;
• altitud orbital representativa;
• velocidad orbital representativa;
• aceleración gravitatoria en la órbita representativa;
• efecto sobre el reloj relacionado con la gravedad;
• efecto sobre el reloj relacionado con el movimiento;
• efecto combinado sobre el reloj;
• error diario equivalente en la distancia de la señal;
• distancia aproximada desde el receptor.

Seleccionar un satélite conecta esa observación en directo con el modelo científico adecuado. No significa que el receptor haya medido la órbita, la velocidad, la distancia, el campo gravitatorio o el desfase relativista del reloj de ese satélite.

Identidad de la nave espacial

Los datos de receptor de tipo NMEA identifican una señal de satélite por su constelación y un identificador numérico. Para GPS, este identificador suele describirse como el PRN, o código de ruido pseudoaleatorio, que los receptores utilizan para distinguir las señales GPS.

El panel puede asignar un identificador conocido del receptor mediante un catálogo independiente de naves espaciales. Ese catálogo proporciona datos verificados de la nave espacial física, como la fecha de lanzamiento, el fabricante, el SVN, el número de catálogo NORAD y el designador internacional COSPAR.

Los identificadores del receptor representan señales de navegación o posiciones dentro de una constelación, y sus asignaciones pueden cambiar con el tiempo. Por tanto, una asignación del catálogo debe comprobarse para la fecha y el contexto mostrados.

Cuando se verifica una identidad exacta, 'GPS Relativity' muestra metadatos de catálogo verificados. En caso contrario, muestra información representativa de la constelación o de la clase orbital, como el operador, la clase orbital y la altitud representativa, sin inventar fechas de lanzamiento ni números de catálogo.

Las imágenes de la sección de la nave espacial pueden representar la generación o la constelación del satélite en lugar de la nave espacial individual exacta. El receptor USB no proporciona información sobre el fabricante, la fecha de lanzamiento, la antigüedad de la nave espacial, los números de catálogo ni las imágenes.

Lectura del mapa del cielo

El mapa del cielo muestra dónde aparecen los satélites en el cielo local.

• El círculo exterior es el horizonte.
• El centro apunta hacia arriba, al cenit.
• La dirección de vista mostrada se coloca en la parte superior del mapa. Una línea radial de puntos marca esa dirección y su rumbo se muestra justo fuera del círculo.
• Las etiquetas de la brújula muestran las direcciones geográficas reales, y los valores de acimut siguen siendo rumbos de brújula reales.
• Un satélite se desplaza hacia el centro a medida que aumenta su elevación.
• El marcador rojo es el satélite seleccionado.
• Los satélites utilizados en la solución de posición actual tienen una indicación visual adicional.
• La intensidad de la señal se muestra de forma sutil mediante el aspecto del marcador. No es una medición de distancia.

El mapa del cielo representa únicamente la dirección observada. No muestra la posición orbital del satélite alrededor de la Tierra.

Se puede seleccionar un satélite directamente en el mapa del cielo o en la lista situada debajo.

Valores orbitales y de observación

El panel del satélite seleccionado combina información orbital representativa con observaciones en directo del receptor.

Altura sobre la Tierra es la altitud orbital MEO representativa sobre la superficie terrestre para el satélite GPS o GLONASS seleccionado. Para el modelo GPS MEO, es de aproximadamente 20.189 kilómetros.

Distancia aproximada desde el receptor es la distancia estimada en línea recta desde el receptor GNSS hasta el satélite. Cambia a medida que el satélite aparece más alto o más bajo en el cielo. La estimación utiliza el ángulo de elevación observado, el radio orbital representativo seleccionado y un modelo geométrico de Tierra esférica. No es una medición de distancia comunicada por el receptor.

Gravedad a la altitud orbital se calcula a partir del parámetro gravitatorio de la Tierra y del radio orbital representativo. El panel la muestra como porcentaje de la aceleración gravitatoria modelada en la superficie terrestre, seguido del valor en m/s². Se trata de la aceleración gravitatoria a ese radio, no del peso que se siente a bordo del satélite en caída libre.

Velocidad orbital es la velocidad de una órbita circular al radio orbital representativo. El panel muestra kilómetros por hora, seguidos de kilómetros por segundo entre paréntesis.

Altura en el cielo, Acimut y Señal proceden de la observación del receptor. Usado para posicionamiento indica si el receptor incluye actualmente ese satélite en su solución de posición.

Comportamiento del panel

El panel muestra la hora civil local en la ubicación del receptor en Bladel y orienta el mapa del cielo para que coincida con la vista física del cielo del receptor. La parte superior del mapa corresponde a la dirección de vista mostrada, mientras que las etiquetas de la brújula y los valores de acimut conservan sus significados geográficos reales.

El panel se actualiza automáticamente cuando cambian los datos del receptor. Seleccionar otro satélite actualiza los valores de observación, el modelo orbital representativo, los cálculos de relatividad y la información de la nave espacial correspondiente a ese satélite.

Sistemas de satélites compatibles

GNSS significa Global Navigation Satellite System. En este sitio, GPS y GLONASS son los modos de receptor en vivo compatibles.

El VK-162 instalado usa un receptor u-blox 7 que puede funcionar en modo GPS o en modo GLONASS, uno a la vez. El receptor no informa observaciones GPS y GLONASS simultáneas. El panel aplica modelos orbitales MEO representativos a las observaciones GPS o GLONASS actualmente activas.

Los visitantes pueden cambiar el receptor en vivo con los controles Tipo de satélite situados encima del panel de estado del receptor. El botón del tipo activo está deshabilitado. Si otro visitante controla el receptor, ambos botones están deshabilitados y se muestra "(bloqueado)"; el control se libera cuando sea posible después de que ese visitante se vaya, con un tiempo de espera de 10 minutos como respaldo. El cambio interrumpe brevemente los datos en vivo mientras el receptor adquiere satélites del sistema recién seleccionado; después, los satélites mostrados y los cálculos corresponden al sistema GPS o GLONASS recién activo.

MEO significa Medium Earth Orbit. El panel enlaza esta abreviatura de clase orbital con su entrada en el Glosario.

Qué proporciona el receptor

El VK-162 es un receptor GNSS USB conectado al servidor web. Envía mensajes de texto NMEA estandarizados al ordenador a través de una conexión serie.

Esos mensajes pueden contener la hora proporcionada por el receptor, información de posición y de la solución de posición, identificadores de satélites, acimut, elevación, intensidad de la señal e información sobre qué satélites se utilizan para el posicionamiento. Los mensajes exactos que se comunican dependen del modo GPS o GLONASS actual del receptor, de las condiciones actuales de recepción y de los satélites visibles en ese lugar y momento.

El receptor no proporciona los modelos orbitales representativos, los cálculos de relatividad, la información del catálogo de naves espaciales ni las imágenes de naves espaciales que muestra 'GPS Relativity'.

Limitaciones actuales

El panel es educativo. No es un instrumento de navegación de precisión ni de topografía.

• Los cálculos mostrados utilizan órbitas circulares representativas nominales.
• La altitud y la velocidad reales de los satélites varían.
• Actualmente no se utilizan efemérides transmitidas. Una efeméride son los datos orbitales detallados transmitidos por los satélites de navegación.
• Los cálculos no son correcciones instantáneas y específicas del reloj de cada satélite.
• Por ello, no se muestra la pequeña corrección relativista periódica debida a la excentricidad orbital.
• La estimación de distancia ignora detalles como la forma elipsoidal de la Tierra, la altitud del receptor, la propagación atmosférica y el estado orbital exacto del satélite.
• La visualización de la aceleración gravitatoria utiliza el mismo modelo representativo de Tierra esférica y no es una medición realizada por el receptor.