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Cómo funcionan los relojes GPS

Cómo funcionan los relojes GPS Aunque es aconsejable llevar también un mapa de papel sin pilas cuando atraviese un territorio desconocido, los relojes GPS pueden llevarlo sobre cualquier parte de la tierra.

¿Qué podrías hacer si tuvieras una forma de registrar exactamente cuánto esfuerzo pones en tus entrenamientos? ¿Cuánto tiempo podría ahorrar si supiera que cada paso, cada golpe de remo en un kayak o cada giro de un pedal de bicicleta se ajustaron con precisión para brindarle el resultado de condición física que desea? ¿Tomarías mejores decisiones y te divertirías más si pudieras mirar tu muñeca y acceder a una herramienta meteorológica y de navegación de alta precisión?

A menos que haya estado completamente desconectado de la tecnología durante más de una década, sabe que esto no es ciencia ficción:sistema de posicionamiento global (GPS ) La tecnología ha revolucionado la forma en que nos movemos por el planeta. Las estrellas de este sistema son una red de 24 satélites que giran alrededor de la tierra en órbitas rastreadas con precisión. Están sincronizados para transmitir señales únicas exactamente al mismo tiempo, que las unidades receptoras en aviones, automóviles e incluso teléfonos móviles utilizan para calcular su posición relativa a los satélites. Si su unidad de GPS puede captar señales de al menos tres satélites (aunque es preferible cuatro), puede calcular su latitud, longitud, velocidad y altitud con una precisión de unos pocos pies o metros.

Una serie de fabricantes están poniendo esta tecnología militar que alguna vez fue clasificada para todo tipo de usos, como la creación de herramientas de navegación cada vez más precisas y el uso de rastreo GPS de teléfonos móviles para personalizar campañas publicitarias para usuarios específicos en ubicaciones específicas. Y las empresas de artículos deportivos se han subido de todo corazón a este carro, con una flota en rápida expansión de herramientas GPS del tamaño de un reloj diseñadas para atletas y aventureros al aire libre.

Estas computadoras del tamaño de un reloj de pulsera a menudo vienen con una biblioteca de información basada en la posición; es posible comprar un reloj GPS hoy que le permitirá encontrar su ubicación, en cualquier parte del planeta, a los pocos minutos de abrir la caja. Pero los relojes GPS van mucho más allá de los simples trucos de "oye, mira dónde estoy". Con un poco de conocimiento sobre cómo funcionan los relojes, puede entrenar de manera más inteligente y desempeñarse mejor en el fragor de la competencia. No hay necesidad de esperar por el futuro de los deportes y el fitness:está aquí hoy y cabe en tu muñeca.

Contenido
  1. La historia de la tecnología GPS
  2. La increíble unidad de GPS que se encoge
  3. Cómo hacer que los relojes GPS sean útiles
  4. La herramienta GPS adecuada para el trabajo
  5. Uso de un reloj GPS útil

La historia de la tecnología GPS

Cómo funcionan los relojes GPS Un satélite GPS en órbita.

El GPS puede rastrear sus orígenes hasta el mismo nacimiento de los vuelos espaciales; los principios detrás de esto se unieron cuando los científicos estadounidenses se apresuraron a rastrear el Sputnik, el satélite puesto en órbita por la Unión Soviética en octubre de 1957. Los investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, los Dres. William Guier y George Weiffenbach descubrieron que podían rastrear las posiciones de los primeros satélites basándose en el efecto Doppler:las señales transmitidas desde un satélite en movimiento parecían distorsionarse a medida que se acercaba o se alejaba de la estación receptora. Al medir la naturaleza y la gravedad de la distorsión, una persona podría calcular la orientación de la órbita del satélite.

El investigador de la compañía APL, Frank McClure, sugirió que el sistema de seguimiento también podría funcionar al revés:al rastrear un satélite con una órbita conocida con precisión y evaluar los cambios Doppler resultantes en su señal, una persona en el suelo podría identificar su posición en cualquier lugar que pudiera elegir. subir la señal. La Marina de los EE. UU. expandió el sistema al Sistema de navegación por satélite de la Marina, que guiaba activamente a los barcos en 1964. (Para obtener más información sobre la historia del GPS, consulte nuestro artículo Cómo funcionan los receptores GPS).

La investigación patrocinada por militares continuó en las décadas de 1970 y 1980 cuando los científicos intentaron mejorar la precisión, la confiabilidad y la velocidad de la señal de navegación por satélite. La tecnología pasó del seguimiento de los cambios Doppler al uso de la triangulación y la temporización de la señal:cuanto más tardaba una señal en llegar a un receptor, más lejos estaba el satélite en el momento en que se envió la señal. El GPS era una herramienta comprobada para todas las ramas del ejército de los EE. UU. y sus aliados en la década de 1980, cuando el gobierno de los EE. UU. comenzó a permitir el acceso civil generalizado a la tecnología [fuente:Parkinson].

Las primeras unidades civiles de GPS eran grandes y pesadas, lo que limitaba su utilidad para los usuarios en movimiento. Pero sufrían un inconveniente mucho más paralizante:no eran tan precisos. Para evitar que los enemigos accedan a las señales de navegación, el ejército de EE. UU. empleó dithering: interferencia intencional con las señales de tiempo de los satélites que los usuarios no autorizados no pudieron decodificar. Esto limitó la precisión del GPS civil a unos 300 pies (100 metros). No fue hasta el año 2000 que el gobierno de los EE. UU. finalmente eliminó el difuminado, haciendo posible una navegación civil precisa. Entonces, el GPS se convirtió en una herramienta útil para cualquiera que necesitara saber dónde estaba, qué tan rápido viajaba o cómo llegar a donde quería ir [fuentes:Parkinson; Navegador].

Eso solucionó el problema de la precisión, pero ¿cómo crearon los fabricantes de unidades GPS productos de un tamaño razonablemente portátil?

La increíble unidad de GPS que se encoge

Cómo funcionan los relojes GPS Estas unidades GPS de la Fuerza Aérea de 1999 parecen tener unas 6 pulgadas (15 centímetros) de largo y son livianas para la época pero está muy lejos de la diminuta tecnología GPS actual.

El acceso a la tecnología GPS sin interpolación coincidió con una revolución en la miniaturización de la electrónica:piense cuánto menos pesa una computadora portátil moderna que la que estaba usando en 1996. Los desarrolladores de GPS adoptaron innovaciones como la tecnología de montaje en superficie (SMT ), en el que los componentes diminutos se sueldan directamente a una placa de circuito (en lugar de usar cables para hacer las conexiones) y el ensamblaje robótico que ayudó a reducir los chips de procesamiento de señal y sincronización en el corazón de los receptores GPS en componentes minúsculos. Hoy son casi demasiado pequeños para ver claramente sin aumento [fuente:Poole].

Los investigadores redujeron aún más las unidades de GPS aplicando geometría fractal - que involucra formas compuestas de patrones repetitivos y expandibles - para diseñar poderosas antenas receptoras que literalmente se doblan en espacios minúsculos. Esta pieza importante (y una vez voluminosa) del paquete del receptor GPS se volvió lo suficientemente pequeña como para esconderse en la carcasa delgada de un teléfono inteligente, o dentro del cuerpo de un reloj [fuente:Rusu y Baican; Mikkola].

Los primeros relojes con GPS eran esencialmente versiones pequeñas de unidades de GPS de mano, que medían entre 2 y 3 pulgadas (alrededor de 50 a 75 milímetros) de largo y alrededor de 1 pulgada (25 milímetros) de ancho, con muñequeras adjuntas. A pesar de que eran más pequeños y livianos que la mayoría de las otras unidades de GPS de principios del siglo XXI, aún eran lo suficientemente grandes como para correr largas distancias con uno, sin mencionar correr a la cafetería después de un entrenamiento con la cosa en su brazo. -- más problemas de lo que valía para muchos atletas [fuente:Wollman].

Los deportes que dependen de conocer la ubicación de uno en relación con un objetivo, como el golf, adoptaron el GPS al principio de este proceso de miniaturización. Por ejemplo, el conocido campeón de golf y diseñador de campos Greg Norman se convirtió en asesor del productor de productos GPS relacionados con el golf Inforetech en 2002 [fuente:GPS Industries]. Pero, en general, se necesitaron dos pasos tecnológicos para que los consumidores comenzaran a adoptar relojes GPS a gran escala.

Hacer que los relojes GPS sean útiles

Cómo funcionan los relojes GPS Los relojes GPS creados para corredores, golfistas y otros entusiastas de los deportes que valoran el equipo liviano son apenas (si es que lo son) más grandes que los relojes de moda en estos días.

Para volverse realmente útiles (y, por lo tanto, comercializables), los relojes GPS primero tenían que volverse, bueno, como relojes. Ese punto finalmente se alcanzó alrededor de 2010 y, a partir de 2012, se podía comprar un reloj con GPS del mismo tamaño, forma y estilo general que cualquier otro reloj de moda del mercado. Algunos modelos, como un prototipo de 13 milímetros (0,51 pulgadas) de grosor lanzado en febrero de 2012 por Epson, eran en realidad más pequeños que muchos relojes deportivos sin GPS [fuente:Tucker].

Sin embargo, el tamaño pequeño no significa una pequeña cantidad de funciones, y aquí es donde los relojes GPS realmente se convirtieron en herramientas de entrenamiento útiles. Saber exactamente dónde estás en un momento dado es bueno, pero a menos que estés en medio de la nada o tratando de elegir un palo en medio de una calle desconocida, la aplicación es limitada. Los fabricantes de relojes con GPS vieron esto y ampliaron la versatilidad de sus productos agregando funciones de otros dispositivos deportivos, como ciclocomputadores, podómetros y monitores de frecuencia cardíaca.

Muchos relojes GPS se pueden sincronizar con otros dispositivos mediante señales inalámbricas, como ANT+, un sistema pequeño y de bajo consumo. Estos dispositivos adicionales a menudo miden biometría :mediciones de los sistemas corporales, como la frecuencia cardíaca, que los atletas pueden usar para medir la intensidad de sus entrenamientos. Otros sensores incluidos con los relojes GPS pueden incluir monitores de cadencia montados en el zapato que rastrean la velocidad de la zancada de un corredor y sensores montados en la bicicleta que detectan la velocidad de la rueda y la fuerza que ejerce un ciclista a través de los pedales. El software de computadora que viene con estos relojes permite a los usuarios descargar una serie de datos de entrenamiento recopilados por el reloj de forma inalámbrica o a través de un puerto USB. Al ingresar información básica como altura, peso y edad en el reloj, el atleta experto en tecnología puede tener una herramienta precisa y específica del deporte, una versión del siglo XXI del diario de entrenamiento del atleta.

Esta combinación de ubicación y datos biométricos es la esencia de lo que hace que valga la pena gastar un reloj GPS. Pero como en muchos escenarios de dispositivos tecnológicos, es fácil sentirse abrumado por las opciones disponibles. Los precios de los relojes con GPS varían, pero con precios a principios de 2012 que oscilan entre $100 y más de $400 para varios modelos, todavía no son un gasto pequeño. ¿Cómo puedes elegir el reloj GPS más adecuado a tus necesidades?

La herramienta GPS adecuada para el trabajo

No comprarías un velero si quisieras correr rápidos de aguas bravas. Del mismo modo, querrá asegurarse de que un reloj GPS satisfaga sus necesidades anticipadas antes de gastar el dinero que tanto le costó ganar en él. ¿Usarás el reloj para un deporte o quieres uno que sea útil para una variedad de actividades? ¿Le preocupa más tener datos que pueda descargar a su computadora y rastrear a lo largo del tiempo, o prefiere un dispositivo que le brinde información a medida que la necesita en el campo? ¿Va a lugares donde perderse podría ser peligroso, o sus actividades lo mantienen en senderos y caminos bien marcados? Tus respuestas a todas estas preguntas reducirán tus opciones de relojes.

Considere la última pregunta, por ejemplo:si es un excursionista ávido o un esquiador de fondo al que le gusta pasear por el campo, sin duda sería útil tener un reloj GPS con una pantalla de mapa en movimiento, que le muestra dónde está. están en relación con otros waypoints. La contrapartida de esto es el tamaño:la pantalla más grande necesaria para mostrar los detalles del mapa significa que este tipo de reloj puede ser demasiado engorroso para usted si principalmente desea algo ligero y elegante para realizar un seguimiento de las divisiones en su próximo maratón [fuente:Geek.com] . Del mismo modo, un atleta de deportes duros como un esquiador o un ciclista de montaña podría querer evitar un reloj con una interfaz de pantalla táctil, cambiando la apariencia elegante y sin botones por algo que no se recalibrará si es golpeado inesperadamente por la rama de un árbol. Un corredor, por otro lado, podría encontrar que una pantalla táctil es perfecta para verificar datos rápidamente.

Los fabricantes de relojes con GPS enumeran las características de sus modelos en sus sitios web, lo que le brinda una manera rápida y fácil de comparar características y precios en todo el mercado. Sin embargo, a medida que reduce su búsqueda, es útil obtener una perspectiva en vivo. Hable con la gente de su tienda local de bicicletas, tienda de atletismo o proveedor de equipos para caminatas, y no tenga miedo de molestar a sus amigos sobre sus relojes GPS. Los consejos de primera mano y las reseñas de la vida real que obtendrá lo dejarán bien preparado para realizar la compra adecuada para complementar las actividades que haya elegido.

Uso de un reloj GPS útil

Cómo funcionan los relojes GPS ¿Tiene curiosidad por saber para qué más se utiliza la tecnología GPS? Mire estos videos para aprender sobre las aplicaciones de GPS en todo, desde el rastreo de tiburones hasta la fabricación de armas.

Los beneficios de las funciones básicas de GPS son claros si su pasión son las aventuras al aire libre, como el senderismo, el kayak de mar o la caza; estas pequeñas computadoras están hechas a medida para ayudarlo a adentrarse en la naturaleza y regresar con menos riesgo de perderse. Solo recuerda empacar un mapa y una brújula, y saber cómo usarlos; La tradición de aventuras está llena de historias sobre baterías de GPS que se agotan en el peor momento posible.

Los usuarios orientados a los deportes y el estado físico también pueden usar las funciones de orientación para probar una nueva ruta para correr o para entrenar mientras viajan. Pero eso solo toca la superficie de lo que puede hacer con esta herramienta de capacitación de alta tecnología.

Un reloj GPS puede medir su rendimiento con un nivel de precisión que alguna vez fue solo del dominio de investigadores y atletas profesionales. Es bueno saber cuánto tiempo te tomó completar una media maratón, pero un reloj GPS puede decirte exactamente en qué parte del recorrido de 21,1 kilómetros (13,1 millas) fuiste el más rápido y el más lento. Con la capacidad de descarga de datos que es prácticamente estándar en estos dispositivos, puede comparar cada ejecución para ver tendencias en su rendimiento. Tal vez notarás que pierdes demasiado tiempo después de la milla 10, o que no estás subiendo colinas tan rápido como lo hiciste en los mismos recorridos el año pasado.

Una vez que identifica este tipo de puntos débiles en su rendimiento, las funciones combinadas en un reloj GPS pueden brindarle información sobre la marcha para que su entrenamiento sea más específico y eficiente. Muchos ciclistas, por ejemplo, pasan la primera parte de su pretemporada desarrollando fuerza cardiovascular con un esfuerzo prolongado y constante. Esto ayuda a construir una base para los rigores de las carreras de velocidad y el entrenamiento en colinas más adelante en el año. El seguimiento de un "ritmo moderado" utilizando el esfuerzo percibido (cómo se siente durante el entrenamiento) es una medida variable en el mejor de los casos. Sin embargo, equípese con un reloj GPS que pueda leer datos de un monitor de frecuencia cardíaca, un sensor de cadencia y un sensor de velocidad de la rueda, y podrá ajustar con precisión cada milla de su viaje, manteniendo su esfuerzo dentro de un rango preciso de velocidad, frecuencia cardíaca y tiempo. .

Los resultados de este tipo de entrenamiento específico pueden ser espectaculares. Si tiene poco tiempo, ahora podrá aprovechar al máximo cada minuto de su entrenamiento. En consecuencia, pasará menos tiempo preocupándose por el equilibrio entre el deporte, la familia y el trabajo. Y cuando llegue el día del juego, sabrás exactamente cuánto puedes esforzarte, ya sea en la carrera, el sendero o la pista. Esta es una tecnología que te ayudará a entrenar de forma más inteligente, no solo más dura.

Cómo funcionan los relojes GPS:nota del autor

A pesar de mi profunda pasión por ir rápido en bicicleta, he tardado en llegar al campamento de dispositivos de entrenamiento GPS. Monto con una computadora que rastrea mi velocidad, cadencia, distancia y ritmo cardíaco, así que no soy un minimalista completo. Pero durante varios años, vi "lo del GPS" como un dispositivo más costoso que no sería tan beneficioso como entrenar más duro con las herramientas que tenía actualmente. De hecho, admitiré que me siento realmente bien cada vez que superé a un tipo en una bicicleta modificada con una unidad de GPS atada al manubrio.

Pero mi perspectiva comenzó a cambiar este año durante una serie de contrarreloj de verano. Cada semana, me unía a un grupo de corredores que luchaban uno por uno contra el reloj en un recorrido llano de 10 millas. Los asientos y el manillar se ajustaron centímetro a centímetro. Nuestras conversaciones comenzaron a girar en torno a detalles arcanos como unos pocos PSI de presión de los neumáticos (sí, hace la diferencia) y la ventaja aerodinámica de tapar con cinta las rejillas de ventilación del casco (al final, eso no valía la pena. miradas que tenemos). Uno de mis compañeros de equipo usó una unidad de GPS durante toda la temporada y pudo decir con precisión dónde aumentó su velocidad, se mantuvo constante o disminuyó. Utilizó esto a su favor, preparándose mentalmente para las secciones más difíciles del curso mientras yo me mantenía fiel a mi filosofía de "si te duele, debes estar haciendo algo bien".

Nuestros tiempos transcurridos estuvieron bastante cerca la mayoría de las semanas, pero tenga en cuenta que este tipo es siete años mayor que yo. Es un jinete fuerte, pero yo no me quedo atrás; He estado en el deporte más tiempo que él y mi ego me dice que debería poder superarlo. Tengo que pensar que el tiempo que pasó analizando cada viaje con su Garmin se redujo a un poco más de eficiencia. Tal vez fueron solo unos segundos en total, pero eso fue todo lo que necesitó para quitarme cuatro lugares en la clasificación general. Y aunque sigo adelantando a muchachos con unidades de GPS de forma satisfactoriamente regular, ser adelantado por esa única bicicleta, más de una vez, puede ser suficiente para empujarme al club de GPS esta temporada.