Errores y correcciones en los sistemas GPS

Errores en los satélites:

• Las pequeñas inexactitudes en el mantenimiento del tiempo por parte de los satélites pueden causar errores en el cálculo de las posiciones.
• Los satélites se desvían ligeramente de sus órbitas predichas, lo que contribuye a los errores.

Dejemos que el receptor GPS reciba señales de 4 satélites, entonces hay dos casos:

• Los satélites están a 90° entre sí con respecto al receptor GPS. Para fines de demostración tomaremos 2 satélites. Las posibles posiciones están marcadas por los círculos verde claro. El punto de intersección de los dos círculos es un campo bastante pequeño, más o menos cuadrático (verde oscuro), por lo que la posición determinada será bastante precisa.
• Los satélites no están a 90° entre sí con respecto al receptor GPS, el área de intersección posible de los dos círculos es bastante más grande, por lo tanto menos precisa.

Órbitas de los satélites
Pequeños desplazamientos de las órbitas son posibles debido a las fuerzas gravitacionales

• El sol y la luna tienen una débil influencia sobre las órbitas
• El error resultante no es mayor a 2 m

Error multipath:
Cuando la señal GPS finalmente llega a la superficie terrestre, puede reflejarse en obstáculos locales antes de llegar a la antena del receptor. Esto se conoce como error multipath, ya que la señal llega a la antena tanto por la trayectoria directa como por trayectorias retardadas. El efecto es similar a una imagen doble en un televisor.

El efecto multipath es causado por la reflexión de las señales de los satélites (ondas de radio) en objetos. Para las señales GPS, este efecto aparece principalmente en las proximidades de edificios grandes u otras elevaciones. La señal reflejada tarda más tiempo en llegar al receptor que la señal directa. El error resultante suele estar en el rango de varios metros.

Efectos atmosféricos:
Las señales GPS deben atravesar partículas cargadas y vapores de agua en la atmósfera, lo que retrasa su transmisión. Dado que la atmósfera varía en distintos lugares y momentos, no es posible compensar con precisión los retrasos que se producen.

Aunque las señales de radio viajan a la velocidad de la luz en el espacio exterior, su propagación en la ionosfera y la troposfera es más lenta. En la ionosfera (compuesta por capas) a una altura de 80-400 km, se forman gran cantidad de electrones e iones positivos debido a la fuerza ionizante del sol. Las capas refractan las ondas electromagnéticas provenientes de los satélites, lo que resulta en un tiempo de recorrido prolongado de las señales. Dado que las ondas electromagnéticas se emiten en forma de esfera, se aplica la ley inversa del cuadrado y las ondas se ralentizan inversamente proporcional al cuadrado de su frecuencia (1/f²) al atravesar la ionosfera. Las razones de la refracción en la troposfera son las diferentes concentraciones de vapores de agua, causadas por distintas condiciones climáticas. El error causado de esta manera es menor que el error de la ionosfera, pero no puede eliminarse mediante cálculos. Solo se puede aproximar mediante un modelo de cálculo general.

Dado que los receptores tampoco son perfectos, pueden introducir sus propios errores que suelen provenir de sus relojes o ruido interno. A pesar de la sincronización del reloj del receptor con el tiempo del satélite durante la determinación de la posición, la inexactitud restante del tiempo aún conduce a un error de aproximadamente 2 m en la determinación de la posición. Los errores de redondeo y cálculo del receptor suman aproximadamente 1 m.

• Disponibilidad selectiva (SA): Era el error intencionado introducido por el Departamento de Defensa (DoD) para asegurar que ninguna fuerza hostil utilizara la precisión del GPS contra Estados Unidos o sus aliados.
• El 1 de mayo de 2000, la Casa Blanca anunció una decisión para discontinuar la degradación intencional de las señales GPS para el público. Los usuarios civiles del GPS podrán localizar ubicaciones con una precisión hasta diez veces mayor.