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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
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