GPS / GNSSSistema de Posicionamiento Global

GNSS

GPS GLONASS GALILEO COMPASS

Segmento de Control

Segmento Espacial

Segmento del Usuario

Componentes del Sistema

Su localización es:37° 23.323’ N

122° 02.162’ W

Segmento de Control Reciben y transmiten información de y hacia los

satélites: parámetros orbitales, datos meteorológicos, corrección del reloj del satélite

Segmento Espacial32 Satélites GPS 6 planos orbitales inclinados

55° respecto al ecuador Elevación: 20.200km Periodo orbital: 12 horas

Órbitas Elevadas: Larga supervivencia de los

satélites Buena Cobertura Alta Precisión

+ 24 Satélites GLONASS

Segmento de los Usuarios

Equipos Profesionales Captura de datos GIS Levantamientos Topográficos y Geodésicos Geofísica Apoyo Fotogramétrico Etc

Equipos de Recreación

Trayectoria de un Vehículo Deporte Pesca Etc

Segmento de los Usuarios

Antena

Receptor = GPS

Controladora

+

+

Su posición es:37o 23.323’ N

122o 02.162’ O

Simulación Interactiva

6

43

El sistema se basa en la medición de distancias a cada uno de los Satélites1

2

Una vez medida las distancias, es necesario saber la posición de los Satélites (Efemérides)

5Métodos de Posicionamiento

Las mediciones poseen Errores

Para medir las distanciasse emplean los códigos(C/A, P) y las fases (L1, L2)

Estos datos son utilizados paracalcular Coordenadas por mediode la TRILATERACION

Como Funciona GPS

Estructura de la Señal GPSPortadora L1 L2 L5

Frecuencia 1575.42 MHz 1227.60 MHz 1176.45 MHz

Longitud de Onda

19 cm 24 cm 26 cm

Códigos

Código C/A

Código P (Y)

Mensaje de Navegación

-

Código P (Y)

Mensaje de Navegación

-

Código P (Y)

Mensaje de Navegación

C/A: Código de adquisición clara – Servicio de Posicionamiento EstándarP: Código Preciso – Usuarios autorizados DoD (Y: Código cuando está encriptado el P)Mensaje de Navegación: Efemérides, Almanaque, Corrección del Reloj del Satélite, Estado de Salud de los Satélites, Modelos para Corregir Errores Atmosféricos.

Resolución de Distancia por Código

Cada satélite transmite un código diferente El receptor genera el mismo código en forma simultánea Luego, el receptor compara el código recibido con el generado

internamente para determinar el desfasaje.

Generado en el receptor

Emitido desde el satélite Medición del desfasaje de tiempo entre partes similares del código

D

t

D = c . tD = Distancia satélite-receptor

c = Velocidad de la luz

t = Desfasaje de tiempo

= Longitud de onda parcialN = Número entero de longitudes de onda (Ambigüedad) N

Resolviendo la ambigüedad podemos obtener

precisiones por debajo del centímetro

Resolviendo la ambigüedad podemos obtener

precisiones por debajo del centímetro

Resolución de Distancia por Fase

D = (

• Almanaque: Nos brinda la posición aproximada de toda la constelación, nos permite posicionarnos más rápido y planificar la medición.• Efemérides: Nos da la posición precisa de cada satélite individualmente en función del tiempo. Se utilizan para los cálculos de posición. • Información del tiempo (horario) y estado del reloj del satélite. • Modelo para corregir los errores del reloj del satélite. • Modelos para corregir los errores producidos por la propagación en la ionósfera y la tropósfera. • Información sobre el estado de salud del satélite.

Mensaje de Navegación

Trilateración Para calcular la Posición de la Antena (punto desconocido), se miden

distancias (por código o fase) a Satélites (puntos conocidos)

D

Todos los puntos de esta esfera cumplen con la condición de estar a una distancia de 19.900km del satélite

19.900km

Una medida nos da la posición sobre la superficie de una esfera

Trilateración

20.300Km

19.900Km

La intersección de dos esferas es una circunferencia

Una segunda medida nos localiza en la intersección de dos esfera

Trilateración

20.300Km

19.900KmLa intersección de tres esferas genera dos puntos

20.500Km

Una tercer medida nos da sólo dos soluciones posibles

Trilateración

Trilateración

En teoría tres Satélites serían suficientes ya que uno de losdos puntos es una solución ridícula:• Por no ubicarse en la superficie de la tierra• Por desplazarse a gran velocidad

En la práctica una medida adicional a un cuarto satélite es necesaria:• Para cancelar el error del reloj del receptor

Aquí es donde estamos realmente

4 seg

Situación ideal en 2D (para simplificar el dibujo)

Relojes Precisos

2 seg

Posición desfasada a causa que el reloj está atrasado1seg

3 seg. Medida incorrecta

5 seg. Medida incorrecta

Situación real: Pseudodistancias provocadas por el Error del Reloj del Receptor

Relojes Desfasados

4 seg

5 seg. Medida incorrecta

7 seg. Medida incorrecta

Las tres esferas no se intersectan en un punto

Relojes Desfasados

La Precisión depende de varios factores:• Tipo de Receptor y Antena GPS

• Fuentes de error típicas del Sistema

• Posición relativa de los satélites (DOP)

• Método de Medición

Precisión

Fuentes de error en GPS

Obstrucciones Multicamino (multipath) Retrasos Atmosféricos

ObstruccionesCualquier Sólido: Cerros, Árboles, Construcciones, etc

Multipath

Retrasos AtmosféricosLa ionósfera tiene muy baja densidad, pero es ionizada por la energía solar y rayos cósmicos.

La estratósfera es un poco mas densa. Muy poca o ninguna ionización

La tropósfera es muy densa. Contiene 90% de las moléculas de la atmósfera. Allí es donde ocurren los fenómenos climáticos.

Ionosfera: 60 - 1000 km

Estratosfera: 10 - 60 km

Troposfera: 0 - 10 km

Retrasos Atmosféricos

La señal GPS es retrasada en su paso por la atmósfera

Ionósfera

Tropósfera

Base BaseMóvil> 10 km< 10 km

13° grados sobre el Horizonte

Atmósfera

Máscara de Elevación

IncertidumbreError de distancia

Error de distancia

Dilución de la Precisión (DOP)La dilución de la precisión es un factor “magnificador de errores”

Como todo método de medición, GPS posee errores que producen una “incertidumbre” en el resultado

Esta incertidumbre empeora en función de la geometría de los Sv´s

Dilución de la Precisión (DOP)

Métodos de Medición

Autónomo o Absoluto• Solo es utilizado un receptor GPS• Navegación y trabajos de mapeo de baja precisión

Diferencial o Relativo• Se utilizan al menos 2 receptores en forma simultánea• Corrige errores propios del sistema• Puede realizarse en Post-Proceso y/o Tiempo Real

Posicionamiento Diferencial

• 2 o más receptores GPS

• Seguimiento de los mismos satélites

• Medición “simultánea”

• Medición “sincronizada”

• Punto de coordenadas conocidas (si se requiere Georreferenciar la posición)

Si se cumplen estas condiciones se puede aplicar la corrección diferencial:

Corrección Diferencial

Base

Satélites Observadosen la Base

1 2 3 4 5 6

x

x

x

x x x

x

x 11:00.00

11:00.05

11:00.10

Móvil

Satélites Observadosen el Móvil

1 2 3 4

x

x

x

x xx

x

x 11:00.00

11:00.05

11:00.10

11:00.1511:00.15

Base Móvil f(t)

Post-Proceso

La información recopilada en la base y el móvil es bajada a una computadora que contenga un software que realice la corrección diferencial GPS

BaseSoftware de PostProceso Móvil

Tiempo Real

Enlace Radial

Las corrección diferencial se realiza mediante un enlace radial

Nociones de Geodesia y Cartografía

Terreno

Geoide

Elipsoide

h : Altura GPS

H : Altura Ortométrica

N : Ondulación del Geoide

P

h

H

N

N = h - H

Elipsoide, Geoide y Superficie Topográfica

Elipsoide: Modelo matemático utilizado como superficie de referencia para cálculos geodésicos

Geoide: Superficie equipotencial del campo gravífico terrestre que mejor se ajusta a la superficie media del mar

Nociones de Geodesia y Cartografía

Sistema de Referencia y Marco de Referencia

Sistema de Referencia: Los sistemas de referencia se definen a partir de consideraciones matemáticas y físicas e involucran la especificación de parámetros, puntos origen, planos, ejes, etc.

(Sistema WGS ’84 – Sistema Campo Inchauspe)

Marco de Referencia: están constituidos por puntos materializados en el terreno y ubicados con gran exactitud y precisión según alguno de los sistemas de referencia.

(POSGAR ’07)

Nociones de Geodesia y Cartografía

Sistema WGS ‘84

• El origen de coordenadas X Y Z es el centro de masas de la Tierra

• El eje Z pasa por el polo convencional terrestre

• El eje X es la intersección entre el meridiano origen de longitudes y el plano del ecuador

• El eje Y completa con los ejes anteriores una terna derecha de ejes fijos a la Tierra, está en el Ecuador, a 90º al este del eje X

• El semieje mayor (a) del elipsoide 1984 mide 6378137 metros,el achatamiento f = (a-b)/a = 1/298.257223563 siendo b el semieje menor

Nociones de Geodesia y Cartografía

POSGAR `07

• La red POSGAR 07 materializa el Sistema Geodésico Mundial de 1984

• La red está compuesta de 127 puntos, separados en promedio por una distancia de 200 km, lo que asegura la posibilidad de que todas las redes geodésicas provinciales puedan vincularse a ella mediante por lo menos cuatro puntos ubicados dentro del territorio provincial o en sus cercanías.

Nociones de Geodesia y Cartografía

Proyecciones

Para proyectar las coordenadas medidas sobre el elipsoide en el plano se emplean las siguientes superficies desarrollables:

• Cilindro

• Cono

• Plano

Nociones de Geodesia y Cartografía

Proyección Gauss Krüger

• Proyección Cilíndrica Transversa

• Proyección Conforme

• Tangente a Meridianos (MCF)

• 7 Cilindros de Proyección

• Ancho de Faja de 3°

Nociones de Geodesia y Cartografía

Proyección Gauss Krüger

3° ancho de Faja

X

Y

X= metros desde el Polo Sur

Y= (N° Faja) x 1000000 + 500000 + metros desde MCF

P

MCF

MCF=Meridiano Central de Faja