"Cómo funcionan los relojes GPS"

¿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: la tecnología del sistema de posicionamiento global ( GPS ) 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, una vez 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.

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

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 sobre 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 accedieran 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 podían decodificar. Esto limitó la precisión del GPS civil a unos 300 pies (100 metros). No fue hasta el año 2000 que el gobierno de EE. UU. finalmente eliminó el difuminado, haciendo posible una navegación civil precisa. El GPS se convirtió entonces en una herramienta útil para cualquiera que necesitara saber dónde estaba, qué tan rápido viajaba o cómo llegar a donde quería ir [fuentes: Parkinson ; Navigón ].

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

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 superficial ( SMT ), en cuyos diminutos componentes se sueldan directamente a una placa de circuito (en lugar de usar cables para hacer las conexiones), y un ensamblaje robótico que ayudó a reducir los chips de procesamiento de señal y temporización 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 mediante la aplicación de geometría fractal , que involucra formas compuestas de patrones repetitivos y expandibles, para diseñar poderosas antenas receptoras que literalmente se plegaron 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.

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.

Many GPS watches can sync with other devices using wireless signals, such as ANT+, a small, energy-efficient system. These additional devices often measure biometrics: bodily systems measurements such as heart rate, which athletes can use to gauge the intensity of their workouts. Other sensors included with GPS watches may include shoe-mounted cadence monitors that track the rate of a runner's stride and bike-mounted sensors that detect wheel speed and the force that a rider is exerting through the pedals. Computer software that comes with these watches lets users download array of workout data collected by the watch either wirelessly or through a USB port . By entering basic information such as height, weight and age into the watch, the tech-savvy athlete can have a precise, sport-specific tool, a 21st-century version of the athlete's training diary.

This combination of location and biometric data is the meat of what makes a GPS watch worth the expense. But as in many tech-device scenarios, it's easy to get overwhelmed by the options available. GPS watch prices vary, but with prices in early 2012 ranging from $100 to more than $400 for various models, they're still not a small expense. How can you choose the most appropriate GPS watch for your needs?

You wouldn't buy a sailboat if you wanted to run whitewater rapids. In the same vein, you'll want to make sure a GPS watch meets your anticipated needs before you spend your hard-earned money on it. Will you be using the watch for one sport, or do you want one that's useful for a variety of activities? Are you more concerned with having data you can download to your computer and track over time, or would you prefer a device that gives you information as you need it in the field? Do you go places where getting lost could be dangerous, or do your activities keep you on well-marked trails and roads? Your answers to all of these questions will narrow your watch choices.

Take that last question, for example: If you're an avid hiker or cross-country skier who likes to wander into the backcountry, it would certainly be helpful to have a GPS watch with a moving-map display, which shows you where you are in relation to other waypoints. The trade-off for this is size: The bigger display necessary to show map details means this type of watch may be too cumbersome for you if you mainly want something light and sleek to track splits in your next marathon [source: Geek.com]. Likewise, a rugged-sport athlete such as a skier or mountain biker might want to avoid a watch with a touchscreen interface, exchanging the sleek, button-free look for something that won't get recalibrated if it's unexpectedly whacked by a tree branch. A runner, on the other hand, might find that a touchscreen is perfect for quickly checking data.

GPS watch manufacturers list their models' features on their Web sites, giving you a quick, easy way to compare features and price across the entire market. As you narrow your search, though, it helps to get a live perspective. Talk to the folks at your local bike shop, running store or hiking outfitter, and don't be afraid to pester friends about their GPS watches. The first-hand tips and real-life reviews you'll get will leave you well prepared to make the right purchase to complement your chosen activities.

The benefits of basic GPS functions are clear if your passion is outdoor adventures such as backcountry hiking, sea kayaking or hunting; these tiny computers are tailor-made to help you get into the wilderness and make it back with less risk of getting lost. Just remember to pack a map and compass, and know how to use them; adventure lore is full of stories about GPS batteries dying at the worst possible moment.

Sports- and fitness-oriented users can also use wayfinding features to try a new running route or for training while traveling. But that only scratches the surface of what you can do with this high-tech training tool.

A GPS watch can measure your performance with a level of precision that was once only the domain of researchers and professional athletes. It's nice to know how long it took you to complete a half marathon, but a GPS watch can tell you exactly where in the 13.1-mile (21.1-kilometer) course you were fastest -- and slowest. With the data-download capability that's pretty much standard on these devices, you can compare each run to see trends in your performance. Maybe you'll notice that you lose too much time after Mile 10, or that you're not climbing hills as fast as you did on the same courses last year.

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 manera 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 frecuencia cardíaca, 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 una diferencia) y la ventaja aerodinámica de cerrar las rejillas de ventilación del casco con cinta adhesiva (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. Usó esto a su favor, preparándose mentalmente para las secciones más difíciles del curso mientras yo me apegaba a mi filosofía de "si duele, debes estar haciendo algo bien".

Our elapsed times were fairly close most weeks, but factor in that this guy's seven years my senior. He's a strong rider, but I'm no slouch; I've been into the sport longer than he has and my ego tells me I should be able to out-pace him. I have to think that the time he spent analyzing each ride with his Garmin trickled down to a tiny bit more efficiency. Maybe it was only a few seconds total, but that was all he needed to nip me by four places in the overall standings. And while I'm still passing guys with GPS units on a satisfyingly regular basis, getting passed by that one bike -- more than once -- may be enough to push me into the GPS club this season.

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