presentación gps por runco sa.ppt
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Qué es GPS?Como funciona el sistema GPS?Métodos de Posicionamiento y
AplicacionesSistemas de Referencia y
Coordenadas
Qué es GPS?Como funciona el sistema GPS?Métodos de Posicionamiento y
AplicacionesSistemas de Referencia y
Coordenadas
Sistema de Posicionamiento Global
Posición precisa en 3D
Opera en cualquier clima
Ilimitado número de usuarios
No necesita líneade visado
Posicionamiento dinámico
Gratis
Disponible las24 horas
Cobertura Mundial
Qué es GPS?Qué es GPS?
COMPONENTES DEL SISTEMA:
• Segmento de Control
• Segmento Espacial
• Segmento Usuarios
COMPONENTES DEL SISTEMA:
• Segmento de Control
• Segmento Espacial
• Segmento Usuarios
Segmento de ControlSegmento de Control
Segmento EspacialSegmento Espacial
Segmento UsuariosSegmento Usuarios
Qué es GPS?Qué es GPS?
Qué es GPS? Qué es GPS?
SEGMENTO DE CONTROL
5 Estaciones alrededor del mundo controladas por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos
Todas desarrollan funciones de MonitoreoReciben señales de los SatélitesRegistran Datos MeteorológicosTransmiten Datos a Estación Maestra de
Control
Qué es GPS? Qué es GPS?
SEGMENTO DE CONTROL
• Estación Maestra de Control• Transmite a los satélites:
• Parámetros de predicción de Orbitas
• Correcciones en los relojes de los satélites (atómicos)
• Modelos de la Ionósfera
• Comandos a los satélites
Qué es GPS?Qué es GPS?
SEGMENTO ESPACIAL
• Constelación de 28 Satélites NavStar:• 6 planos orbitales inclinados a 57° (refer. Ecuador)• de 4 a 5 Satélites por cada plano
• Orbitas muy elevadas:• 20,200 km apróx. desde la superficie terrestre• Período orbital de 12hs
Qué es GPS?Qué es GPS?
SEGMENTO ESPACIALSEGMENTO ESPACIAL
Global Positioning System
Su posición es:37o 23.323’ N
122o 02.162’ W
Qué es GPS? Qué es GPS?
Cada satélite emite una señal conteniendo 2 frecuencias en banda “L”, 3 códigos modulados y un mensaje de datos.
Cada satélite emite una señal conteniendo 2 frecuencias en banda “L”, 3 códigos modulados y un mensaje de datos.
Señales de radio
Qué es GPS?Qué es GPS?
Frecuencias:• L1 (1575.42 Mhz)• L2 (1227.6 Mhz)
Códigos:• C/A (código GPS standard)• P1 (código protegido o preciso) • P2 (código protegido o preciso)
Mensaje:• Efemérides• Almanaque• Corrección de reloj• Identificación y condición del PRN
Frecuencias:• L1 (1575.42 Mhz)• L2 (1227.6 Mhz)
Códigos:• C/A (código GPS standard)• P1 (código protegido o preciso) • P2 (código protegido o preciso)
Mensaje:• Efemérides• Almanaque• Corrección de reloj• Identificación y condición del PRN
Qué es GPS?Qué es GPS?
Frecuencias:• L1 (1575.42 Mhz)• L2 (1227.6 Mhz)
Códigos:• C/A (código GPS standard)• P1 (código protegido o preciso) • P2 (código protegido o preciso)
Mensaje:• Efemérides• Almanaque• Corrección de reloj• Identificación y condición del PRN
Frecuencias:• L1 (1575.42 Mhz)• L2 (1227.6 Mhz)
Códigos:• C/A (código GPS standard)• P1 (código protegido o preciso) • P2 (código protegido o preciso)
Mensaje:• Efemérides• Almanaque• Corrección de reloj• Identificación y condición del PRN
Qué es GPS? Qué es GPS?
SEGMENTO USUARIOS
Receptores GPS Civiles
Militares localizados en
tierra, mar ó aire.
La utilización en
aplicaciones civiles
es cada día más extensa
y con mayores precisiones.
SEGMENTO USUARIOS
Receptores GPS Civiles
Militares localizados en
tierra, mar ó aire.
La utilización en
aplicaciones civiles
es cada día más extensa
y con mayores precisiones.
PREGUNTAS
??PREGUNTAS
??
Como funciona GPS?Como funciona GPS?
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 ErroresPara medir las distancias
se emplean los códigos(C/A, P) y las fases (L1, L2)
Estos datos son utilizados paracalcular Coordenadas por mediode la TRILATERACION
DistanciasDistancias 1
D
D = Distancia Satélite-Receptor
Métodos para cálcular “D”Métodos para cálcular “D”Existen dos formas de calcular la
distancia a un Sv:
Proceso del código C/A
Proceso de la fase de L1
Existen dos formas de calcular la
distancia a un Sv:
Proceso del código C/A
Proceso de la fase de L1
2
Proceso de código C/AProceso de código C/A 2
D
D = c . t
c = Velocidad de la Luz
t = Tiempo recorrido por la señal (Sv- Receptor)
Proceso de código C/AProceso de código C/A
se mide el desfasaje de ambas señales determinándose el t
código Recep.
código Sv´s
t
Cómo sabemos cuando la señal deja el Satélite?
Los satélites y los receptores trabajan con un mismo código (C/A)Generan el mismo pulso al mismo tiempoEl receptor compara la diferencia de tiempo que existe entre la señal generada por él mismo con la recibida del Satélite determinando un t (desfasaje).
2
Proceso de fase L1Proceso de fase L1N
el receptor interpreta directamente el delta
de señal recibida El proceso consiste en determinar el conteo del número entero “N” de ciclos de la señal.Las longitudes de onda son datos conocidos:
L1 = 19cm
D = ( N
2
Conociendo dónde están los satélites (Efemérides)
Conociendo dónde están los satélites (Efemérides)
Estación de Referencia en un punto conocido
Estaciones de Monitoreo• Diego Garcia• Isla Ascension • Kwajalein • Hawaii
Correcciones transmitidas al usuario
Orbitas•Orbitas muy estables •Sin resistencia atmosférica •Supervivencia •Cobertura mundial
3
Las efemérides nos permiten conocer las coordenadas de los Satélites y su variación en función del tiempo (Información de Navegación).
Las efemérides nos permiten conocer las coordenadas de los Satélites y su variación en función del tiempo (Información de Navegación).
X1, Y1, Z1
X2, Y2, Z2X3, Y3, Z3
X4, Y4, Z4
Son datos fundamentalespara la Trilateración de la posición del receptor
3Conociendo dónde están los satélites (Efemérides)
TrilateraciónTrilateración
Una medida nos da la posición sobre la superficie de una esfera
Una medida nos da la posición sobre la superficie de una esfera
Todos los puntos Todos los puntos de esta esfera de esta esfera cumplen con la cumplen con la condición de estar condición de estar a una distancia de a una distancia de 19.900km del 19.900km del satélitesatélite
19.900km
4
TrilateraciónTrilateración
Una segunda medida nos localiza en la intersección de dos esferas.
Una segunda medida nos localiza en la intersección de dos esferas.
20.300Km
19.900Km
La La intersección intersección de dos esferas de dos esferas es una es una circunferenciacircunferencia
4
TrilateraciónTrilateración
Una tercera medida nos acerca a dos respuestas posibles
Una tercera medida nos acerca a dos respuestas posibles
20.300Km
19.900KmLa La intersección intersección de tres esferas de tres esferas genera dos genera dos puntospuntos
20.500Km
4
TrilateraciónTrilateración
En teoría tres Satélites serían suficientes ya que:
Uno de estos puntos es una respuesta ridícula Por no ubicarse sobre la Superficie Terrestre. O se desplaza a gran velocidad.
En la Práctica: “Una medida adicional a un cuarto
satélite es necesaria” Para cancelar los errores en los relojes de los receptores.
Obtener 3D (Altura Elipsoidal).
En teoría tres Satélites serían suficientes ya que:
Uno de estos puntos es una respuesta ridícula Por no ubicarse sobre la Superficie Terrestre. O se desplaza a gran velocidad.
En la Práctica: “Una medida adicional a un cuarto
satélite es necesaria” Para cancelar los errores en los relojes de los receptores.
Obtener 3D (Altura Elipsoidal).
4
Se necesitan relojes muy precisosSe necesitan relojes muy precisos
Es necesario utilizar relojes precisos para medir el tiempo de viaje de la señal
Los Satélites tienen 4 relojes atómicos cada uno.
Los receptores poseen 1 reloj de cuarzo (menos precisos)
Adicionando un cuarto Satélite se eliminan los errores en los relojes de los receptores.
Es necesario utilizar relojes precisos para medir el tiempo de viaje de la señal
Los Satélites tienen 4 relojes atómicos cada uno.
Los receptores poseen 1 reloj de cuarzo (menos precisos)
Adicionando un cuarto Satélite se eliminan los errores en los relojes de los receptores.
4
Relojes precisosRelojes precisos
Situación ideal: (en 2D para simplificar el dibujo)
Situación ideal: (en 2D para simplificar el dibujo)
4
Aquí es donde estamos Aquí es donde estamos realmenterealmente
2 seg 4 seg
Relojes precisosRelojes precisos
La tercera medición, si es La tercera medición, si es correcta,debería intersectar correcta,debería intersectar en el mismo punto.en el mismo punto.
2 seg
4
4 seg
3 seg
Agregando una medida extra (3 para 2D)
Relojes precisosRelojes precisos
Con error en los relojes (situación real)Con error en los relojes (situación real)
4
Posición desfasada a causa que el reloj Posición desfasada a causa que el reloj está atrasadoestá atrasado1seg1seg
3 seg. Medida 3 seg. Medida incorrectaincorrecta
5 seg. Medida 5 seg. Medida incorrectaincorrecta
Relojes precisosRelojes precisos
Tercera medida con relojes atrasadosTercera medida con relojes atrasados
4
4 seg4 seg
No se intersectan en un puntoNo se intersectan en un punto
5 seg. Medida 5 seg. Medida incorrectaincorrecta
7 seg. Medida 7 seg. Medida incorrectaincorrecta
PREGUNTAS
??PREGUNTAS
??
Precisión ?Precisión ?
La precisión depende de varios factores:
Tipo de Receptores GPSCondiciones de cielo abiertoErrores del sistema GPSPosición relativa de los satélites
(DOP)Método de Medición
La precisión depende de varios factores:
Tipo de Receptores GPSCondiciones de cielo abiertoErrores del sistema GPSPosición relativa de los satélites
(DOP)Método de Medición
5
Fuentes de error en GPS
• Retardos por atmósfera
• Obstrucciones
• Multicamino (multipath)
• Errores del usuario
Retardos por AtmósferaRetardos por Atmósfera
La ionosfera tiene muy baja densidad, pero es ionizada por la energía solar y rayos cósmicos.
La estratosfera es un poco mas densa. Muy poca o ninguna ionización
La troposfera 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
Retardos por atmósfera
tropo
iono
Retardos por atmósfera
• La Señal GPS son retrasadas en su paso por la atmósfera
Ionosfera
< 10 km> 10 km
Troposfera
Base
Móvil
Obstrucciones
Máscara de Elevación
13° grados sobre el Horizonte
Atmósfera
Multicamino (Multipath)
Error del UsuarioError del Usuario
• Sentido común
• Proyecciones y manejo de coordenadas
• Sentido común
• Proyecciones y manejo de coordenadas
Fuentes de errorFuentes de error
MetrosMetros
Disponibilidad Selectiva(SA)
Atmósfera
Receptores
Efemérides
Relojes
00 2020 4040 6060 8080 100100
5
Dilución de la Precisión (DOP)Dilución de la Precisión (DOP)La dilución de la precisión es un factor
“magnificador de errores”La dilución de la precisión es un factor
“magnificador de errores”Como todo método de medición, GPS Como todo método de medición, GPS posee errores que producen una posee errores que producen una “incertidumbre” en el resultado “incertidumbre” en el resultado
Incertidumbre
5
Error de distancia
Error de distancia
Dilución de la Precisión (DOP)Dilución de la Precisión (DOP)
5Esta incertidumbre empeora en función de la geometría de los Sv´s
Dilución de la Precisión (DOP)Dilución de la Precisión (DOP)
Indica la calidad de la medidaPuede ser expresado en
difererentes dimensionesExisten 3 factores DOP
HDOP (horizontal)VDOP (vertical)PDOP (3D - función de los anteriores)
PDOP2=HDOP2+VDOP2
Indica la calidad de la medidaPuede ser expresado en
difererentes dimensionesExisten 3 factores DOP
HDOP (horizontal)VDOP (vertical)PDOP (3D - función de los anteriores)
PDOP2=HDOP2+VDOP2
5
Métodos de Posicionamiento Métodos de Posicionamiento
El Dpto. de Defensa de USA (DoD) puede degradar la señal GPS
Cuando ellos lo hacen, ésta es la mayor fuente de error del sistema
Las Correcciones Diferenciales eliminan estos erroresPost-procesoRTCM-Tiempo real
El Dpto. de Defensa de USA (DoD) puede degradar la señal GPS
Cuando ellos lo hacen, ésta es la mayor fuente de error del sistema
Las Correcciones Diferenciales eliminan estos erroresPost-procesoRTCM-Tiempo real
6
Métodos de mediciónMétodos de medición
Autónomo o Absoluto Solo es utilizado un receptor GPS para determinar
coordenadas de un punto y/o navegar
Diferencial o Relativo Usado para cancelar los errores del sistema y la
“Disponibilidad Selectiva” (SA) cuando se encuentra activada 2 o más receptores midiendo simultáneamente son utilizados
para corregir estos errores propios del sistema Puede realizarse Post-Proceso y/o Tiempo Real
Autónomo o Absoluto Solo es utilizado un receptor GPS para determinar
coordenadas de un punto y/o navegar
Diferencial o Relativo Usado para cancelar los errores del sistema y la
“Disponibilidad Selectiva” (SA) cuando se encuentra activada 2 o más receptores midiendo simultáneamente son utilizados
para corregir estos errores propios del sistema Puede realizarse Post-Proceso y/o Tiempo Real
6
Posicionamiento Diferencial (Relativo)Posicionamiento Diferencial (Relativo) 2 o más receptores GPS Seguimiento de los mismos Sv´s Medición “simultánea” Medición “sincronizada” Punto de coordenadas conocidas (Pos.
de Referencia) Distancia menor a 500 Km
Si se cumplen estas condiciones:
2 o más receptores GPS Seguimiento de los mismos Sv´s Medición “simultánea” Medición “sincronizada” Punto de coordenadas conocidas (Pos.
de Referencia) Distancia menor a 500 Km
Si se cumplen estas condiciones:
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Corrección Diferencial
Base
Satélites Observados
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 Usados1 2 3 4
x
x
x
x xx
x
x 11:00.00
11:00.05
11:00.10
11:00.1511:00.15
Postp
Base Móvil f(t)
6
Preguntas
??Preguntas
??
Corrección Diferencial - Postproceso
Datos se procesanen la oficina
.
Estación de referencia enposición conocida
Usted en una posicióndesconocida
Corrección diferencial –Tiempo Real
.
Estación de referencia enposición conocida
Usted en una posicióndesconocida
Se transmiten correcciones por Enlace Radial
Posicionamiento estándar - Autonómo
~12m
DGPS- Receptores para mapeo (Código)
<0.5m ó 1-3 m
Base Station
DGPS- Receptores para mapeo (Fase)
Desde <10cmBase Station Hasta <1 o 2m
Depende del Bloque de Datos
Cinemático Tiempo Real
<1cm
RTK Base Station
Topografía / Geodesia
<1/2 cm
Base Station
Qué presición necesita?
2m
0.5m12m
1/2cm
1cm
Corrección DiferencialCorrección Diferencial
Ajuste de datos diferenciales
Post- Proceso Tiempo Real
Código:<3m<1m
Fase:<50cm<10cm<1cm<5mm
Código:(RTCM)(DGPS)<1m
Fase:(RTK)<1cm
Las precisiones dependen del instrumental y los métodos utilizados
PREGUNTAS
??PREGUNTAS
??
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Es muy importante diferenciar tres elementos
Superficie TopográficaGeoideElipsiode
Es muy importante diferenciar tres elementos
Superficie TopográficaGeoideElipsiode
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Superficie TopográficaGeoideElipsoide
Superficie TopográficaGeoideElipsoide
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Superficie TopográficaGeoideElipsoide
Superficie TopográficaGeoideElipsoide
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Superficie TopográficaGeoideElipsoide
Superficie TopográficaGeoideElipsoide
Geoide, Separación del Elipsoide y Modelos Geoidales
Geoide, Separación del Elipsoide y Modelos Geoidales
El geoide es una superficie no uniforme
El modelo Geoidal brinda valores N en un área determinada
En pendientes planas la separación geoidal N es similar
El geoide es una superficie no uniforme
El modelo Geoidal brinda valores N en un área determinada
En pendientes planas la separación geoidal N es similar
TerrenoTerreno
GeoideGeoide
ElipsoideElipsoide
h h : Altura GPS
H H : Altura Ortométrica
N N : Separación Geoide-Elipsoide
P
h
H
N
N = h - H
Transformación de Datum
Transformación de Datum
Los elipsoides se utilizan para producir el mejor acomodamiento en áreas específicas sobre la tierra
El Datum es un elipsoide de referencia fijo. (Campo Inchauspe 69)
Las transformaciones de Datum describen la localización relativa entre ellos.
Los elipsoides se utilizan para producir el mejor acomodamiento en áreas específicas sobre la tierra
El Datum es un elipsoide de referencia fijo. (Campo Inchauspe 69)
Las transformaciones de Datum describen la localización relativa entre ellos.
Elipsiode WGS-84
Elipsiode Internacional(Datum Campo Inchauspe)
ProyeccionesProyecciones
Conversión de una superficie curva a un plano
Existen diferentes métodos que usan diferentes artificios (Plano, Cilindro, Cono)
Proyecciones longitudinales, transversas, oblicuas
Conversión de una superficie curva a un plano
Existen diferentes métodos que usan diferentes artificios (Plano, Cilindro, Cono)
Proyecciones longitudinales, transversas, oblicuas
Proyección Gaüss Kruger
Proyección Gaüss Kruger
Proyección Cilíndrica Transversa (UTM)Proyección ConformeTangente a Meridianos (MCF)Origen en el Polo Sur (90° S)7 cilindros de Proyección (Fajas)Ancho de Faja de 3°Coordenadas X, Y planas
Proyección Cilíndrica Transversa (UTM)Proyección ConformeTangente a Meridianos (MCF)Origen en el Polo Sur (90° S)7 cilindros de Proyección (Fajas)Ancho de Faja de 3°Coordenadas X, Y planas
Proyección Gauss Kruger
Proyección Gauss Kruger
3° ancho de Faja
X
Y
X= metros desde el Polo Sur
Y=N° Faja + metros desde MCF
P
MCF
MCF=Meridiano Central de Faja
Transformación y ProyecciónTransformación y Proyección
Elipsoide Elipsoide GPSGPSWGS-84: Latitud, WGS-84: Latitud, Longitud, y Longitud, y Altura ElipsoidalAltura Elipsoidal
Transformación Transformación de Datum de Datum
Elipsoide Elipsoide LocalLocalLat. Local , Lat. Local , Longitude, y Longitude, y Altura ElipsoidalAltura Elipsoidal
ProyeccónProyeccón
Coord. Coord. LocalesLocalesNorte, Este y Norte, Este y altura altura ElipsoidalElipsoidal
TransformaciónTransformaciónPlana Plana
Ajuste de AlturasAjuste de Alturas
Coord. Coord. Locales Locales Norte, Este Norte, Este
AlturaAlturaAltura Altura OrtométricaOrtométrica
El cálculo se puede hacer en cualquier sentido
Preguntas
??Preguntas
??