Es por esto que la geodesia, que es la ciencia que tiene por objeto estudiar la forma y dimensiones de la Tierra, establece una aproximación a la forma de la Tierra, denominada elipsoide. Esto se debe a que el elipsoide es una figura matemática que responde a fórmulas analíticas, de manera que permite hacer cálculos apoyándose en él.

Existen diferentes modelos de elipsoides utilizados (Bessel, Hayford, Everest), denominados elipsoides de referencia. Las diferencias entre éstos vienen dadas por los valores asignados a sus parámetros más importantes:

Semieje ecuatorial (a) o semieje mayor: Longitud del semieje correspondiente al ecuador, desde el centro de masas de la Tierra hasta la superficie terrestre.
Semieje polar (b) o semieje menor: Longitud del semieje desde el centro de masas de la Tierra hasta uno de los polos. El elipsoide se genera por la revolución de una elipse alrededor de éste.

Uno de los elipsoides de referencia más utilizados actualmente es el descrito en el sistema denominado World Geodetic System 84 (WGS-84), desarrollado por el Departamento de Defensa de los EEUU, y que tiene como origen el centro de masas de la Tierra. Su popularidad se debe a que es el utilizado por el sistema GPS. Cuando medimos con un GPS, las coordenadas calculadas están referidas a este elipsoide.

No obstante a pesar de ser una figura matemática sencilla, el elipsoide no es la figura que más se asemeja a la forma terrestre ni es la adecuada a la hora de medir altitudes. La superficie de referencia adecuada para referir las altitudes se asemeja al nivel medio de los mares en calma, extendidos idealmente bajo los continentes. El agua de los océanos del globo busca estar en equilibrio, y por ello tiende a seguir una superficie gravitatoria equipotencial.

Es por esto que se introduce una nueva figura, esta vez irregular, llamada geoide, definida como la superficie equipotencial del campo gravitatorio de la Tierra, que mejor se ajusta al nivel medio global del mar. Una de las consecuencias de esta definición es que el geoide es siempre perpendicular al vector de gravedad local en cada punto.

De este modo, las alturas de un mismo punto referidas al elipsoide y al geoide no son iguales. La diferencia entre la altura de un punto referida al elipsoide (h, altura elipsoidal) y la medida desde el geoide (H, altura ortométrica) se denomina ondulación del geoide (N).

Vía | Navegación Aérea, Cartografía y Cosmografía
En Genciencia | ¿Cuál es el punto más alejado del centro de la Tierra?, Las coordenadas geográficas

Cada satélite emite una señal que es continuamente registrada por un receptor en la superficie terrestre. De este modo, si el reloj de que disponen tanto el satélite como el receptor están sincronizados, se podrá calcular el tiempo de viaje de la señal, al saber en que momento se emite la señal en el satélite y en que momento se recibe en el receptor.

Multiplicando este tiempo por la velocidad de la luz hallaremos la distancia entre cada satélite y receptor. Cada distancia define una esfera con centro en el satélite, y la intersección de 3 esferas nos daría analíticamente la posición del punto a través de sus 3 coordenadas tridimensionales (X, Y, Z).

No obstante, es muy difícil que los relojes u osciladores de los satélites y el receptor estén perfectamente sincronizados, ya que la precisión del reloj del receptor es menor que la del satélite. Para solucionar este problema necesitaremos medidas desde al menos 4 satélites.

El G.P.S. se divide en tres segmentos: segmento espacial, segmento de control y segmento usuario.

El segmento espacial contiene los satélites emisores de las señales, conocidos como Constelación NAVSTAR ( NAVigation Satellite Timing And Ranging), que consta de un mínimo de 24 satélites dispuestos en 6 planos orbitales, con 55º de inclinación con respecto al Ecuador. Dispone además de algunos satélites de recambio, por si alguno de los que están en funcionamiento fallasen.

Los satélites están a una altura de 20.200 kilómetros, y actúan como un punto de referencia conocido, transmitiendo información utilizando dos frecuencias de referencia L1=1575.42 MHz y L2=1227.60 MHz. Sobre estas frecuencias se modulan 2 códigos, llamados C/A y P. El código C/A, (Clear/Acces o Course/Acquisition), está disponible para todos los usuarios mientras que el código P (Precision-code), se reserva para usos militares.

Los satélites están distribuidos de manera que garanticen al menos 4 satélites visibles desde cualquier punto del mundo, las 24 horas del día.

El segmento de control es quien gobierna el sistema, a través de 5 estaciones situadas en Tierra con gran precisión. Estas estaciones son Hawai, Colorado Springs, Isla de Ascensión en el Atlántico Sur, Diego García en el Índico y Kwajalein en el Pacífico Norte. Estas estaciones realizan un seguimiento continuo de los satélites y pueden realizar cambios en la información transmitida por los satélites.

Por último, el sector usuario está constituido por todos los equipos utilizados para la recepción de las señales emitidas por los satélites y empleados para el posicionamiento, para la navegación o para la determinación del tiempo con precisión.

El G.P.S. es utilizado en múltiples campos como la geodesia, geofísica, geodinámica, astronomía, meteorología, topografía o cartografía. También se utiliza en la navegación marina, aérea o terrestre, en la sincronización del tiempo, para controlar flotas y maquinaría, en la localización automática de vehículos o en la exploración y en los deportes de aventura.

Vía | Libro GPS Theory and Practice
Más información | GPS
En Genciencia | Buscando un sustituto del G.P.S. para los satélites

El sensor emite pulsos de luz ininterrumpidamente y capta sus retornos, también denominados ecos o rebotes. El tiempo que tarda en regresar la luz, permite calcular la distancia y, de esa forma, obtener la altimetría del terreno. Los puntos más próximos (altos) dan una respuesta más rápida.

Junto con el escáner, otra de las herramientas utilizadas es un GPS, que permite ubicar con exactitud el punto que estamos midiendo.

A estos dos elementos, se une un Sistema de Navegación Inercial (INS) que permite medir la orientación exacta del sensor. Este sistema mide los ángulos con una precisión de 0.001 grados, lo que permite compensar los movimientos bruscos que sufre el sensor a bordo del avión, pudiendo calcular en cada momento las coordenadas exactas del punto que estamos midiendo en el terreno.

Las precisiones que podemos alcanzar con esta técnica, son de 0.5 a 1 metro en planimetría, y de 15 centímetros en alturas.

Las ventajas que tiene este sistema son que puede utilizarse en condiciones adversas (polvo, noche), que no necesita puntos de apoyo, que permite una rápida recogida de datos y que puede penetrar en las cubiertas vegetales, siendo la única herramienta utilizada en teledetección capaz de determinar simultáneamente el terreno y la vegetación.

El LIDAR tiene múltiples aplicaciones, como la determinación de modelos digitales del terreno, como el que se ve en la imagen, estudio de cuencas hidráulicas, cartografiado de líneas eléctricas, gestión forestal o elaboración de modelos de ciudades, como el que se puede ver en este vídeo.

Vídeo | YouTube
Más información | DIELMO
Más información | NOAA

El comisario europeo de Transportes, Jacques Barrot, dijo el miércoles que había escrito a las ocho empresas que desarrollan el proyecto espacial para descubrir la razón del retraso, que supera ya el año. Por otro lado, un diplomático francés aseguró al Financial Times que los ministros de Transporte de los países de la Unión Europea se reunirán la próxima semana con las mayores empresas aeronáuticas europeas para darles un ultimátum.

El consorcio, con empresas de cinco Estados, está formado por EADS, propietaria del constructor de aviones Airbus, además de las españolas Aena e Hispasat, las francesas Thales y Alcatel-Lucent, la británica Inmarsat, la italiana Finmeccanica y un grupo alemán liderado por Deutsche Telecom.

El proyecto Galileo, encargo de la Agencia Espacial Europea (ESA), organización intergubernamental dedicada a la exploración espacial y compuesta por 17 Estados miembros, preveía poner los satélites en órbita en el 2010, pero su puesta en funcionamiento se ha aplazado hasta el 2011 y cada día se dilata esa fecha, según el portavoz del comisario de Transportes europeo.

Según el FT, algunos Gobiernos de la Unión Europea temen que China se adelante a Europa y lance un nuevo competidor antes de que Galileo esté en funcionamiento. El sistema chino de navegación, Beidou, o Compass, brújula en inglés, podría estar en órbita en el 2008 y cubriría eventualmente todo el planeta, aseguró el Gobierno de Pekín recientemente.

Según el rotativo, fuentes del consorcio Galileo dudan de que se vuelva a trabajar en el sistema de navegación hasta que existan garantías de que se quitarán clientes a GPS, el sistema militar estadounidense gratuito, que ha copado el mercado de navegadores para automóviles. Las compañías no creen que Galileo atraiga a suficientes clientes y existen también dudas sobre los beneficios.

Galileo ofrecerá dos señales, una de libre acceso y otra de pago, y su margen de error será de un máximo de un metro, lo que representa una mejora con respecto al GPS estadounidense. El sistema será usado para controlar desastres naturales, para rescates en el mar y el aire y para usos comerciales, incluida la seguridad en la carretera y el cobro de peajes.

Según la Comisión Europea, los servicios que prestan los satélites supusieron en el 2005 una cifra de 60.000 millones de euros, y ese negocio crece a un ritmo anual del 25 por ciento. Bruselas ha declarado que el sistema es necesario debido a la dependencia actual del sistema GPS, ya que en tiempos de crisis los estadounidenses podrían impedir el acceso al mismo.

Vía | Terra
En Genciencia | GIOVE, nueva web abierta al público
Más información | Financial Times