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GPS: ConstituciónGPS: Constitución

Segmento EspacialSegmento Espacial

Segmento de controlSegmento de control

Segmento del usuarioSegmento del usuario

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Otros sistemas. Segmento Otros sistemas. Segmento Espacial:Espacial:

GPSGPS GLONASSGLONASS

Constelación de 24 satélites ubicados en 6 órbitascon inclinación 55ª respecto del Ecuador

Constelación de 24 satélites ubicados en 3 órbitascon inclinación 65ª respecto del Ecuador

Cada órbita contiene 4 satélites a unos 20.180 kmasegurando en cualquier punto y momento al me-nos 5 sat. observables con geometría favorable.

Cada órbita contiene 8 satélites a unos 19.100 kmasegurando en cualquier punto y momento al me-nos 5 sat. observables con geometría favorable.

Todos los satélites emiten dos ondas portadoras enla banda L. L1 modulada por dos códigos(C/A y P) Y L2 modulada sólo por el código P.

Todos los satélites transmiten el mismo códigopero se diferencian en la frecuencia de la portadora

Transmite efemérides precisas para trabajos de granprecisión con cálculo a posteriori.

Las efemérides transmitidas no reúnen las condicionesadecuadas para trabajos de gran precisión.

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Otros sistemas. Segmentos de Otros sistemas. Segmentos de control y usuario:control y usuario:

GPSGPS GLONASSGLONASS

Estación de control maestro en la Fuerza AéreaSchriever

Estación de control maestro en Moscú.

Integrado por 10 estaciones distribuidas en todo el Mundo.

Integrado por 7 estaciones distribuidas en el territorio ruso.

Datum: WGS84 hasta 2005 (Ahora ITRF) Datum: PZ90

Existen parámetros de transformación entre ambos sistemas de referencia

Programa de mejoramiento (30 años):Se prevé la incorporación del código C/A a L2 para mejorar las prestaciones civiles.Se prevé adicionar el código M sobre L1 y L2 para usomilitar.Se prevé la emisión de una nueva portadora L5 confrecuencia 1178 MHz, con un nuevo tipo de modulaciónpara posicionamiento instantáneo de precisión.Se prevén innovaciones en arquitectura de los satélitesy en el segmento de control.

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Limitaciones de GPS y Limitaciones de GPS y GLONASSGLONASS

No satisfacen los requisitos de navegación No satisfacen los requisitos de navegación exigidos por la aviación civil. Su uso adolece de exigidos por la aviación civil. Su uso adolece de restricciones y se limita a fases de vuelo menos restricciones y se limita a fases de vuelo menos exigentes.exigentes.

Están bajo control militar, lo que no garantiza la Están bajo control militar, lo que no garantiza la disponibilidad del servicio en caso de conflictos disponibilidad del servicio en caso de conflictos bélicos.bélicos.

No existe garantía legal sobre el funcionamiento No existe garantía legal sobre el funcionamiento de los sistemas.de los sistemas.

No existe un marco de responsabilidad legal para No existe un marco de responsabilidad legal para casos de accidentes provocados por fallas de estos casos de accidentes provocados por fallas de estos sistemas.sistemas.

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GNSSGNSS GNSS-1: se basa en el máximo aprovechamiento GNSS-1: se basa en el máximo aprovechamiento

posible de las constelaciones GPS y GLONASS, posible de las constelaciones GPS y GLONASS, completadas con “sistemas de aumentación”.completadas con “sistemas de aumentación”.

Las “aumentaciones” tienen como objetivo Las “aumentaciones” tienen como objetivo mejorar las prestaciones de GPS y/o GLONASS mejorar las prestaciones de GPS y/o GLONASS y posibilitar la definición de un marco legal e y posibilitar la definición de un marco legal e institucional de uso. Hay tres iniciativas: institucional de uso. Hay tres iniciativas: EGNOS (Europa), WAAS (U.S.A.) y MSAS EGNOS (Europa), WAAS (U.S.A.) y MSAS (Japón).(Japón).

GNSS-2: Sistema de navegación multimodal que GNSS-2: Sistema de navegación multimodal que contemple usuarios de todo tipo, de mejores contemple usuarios de todo tipo, de mejores prestaciones y bajo control civil.prestaciones y bajo control civil.

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PROGRAMA GALILEOPROGRAMA GALILEO Constelación de 30 satélites que proveerán Constelación de 30 satélites que proveerán

cobertura mundial. (previsto para 2011)cobertura mundial. (previsto para 2011) Independiente de GPS y GLONASS pero Independiente de GPS y GLONASS pero

complementario e interoperable.complementario e interoperable. Abierto a la contribución de capital privado Abierto a la contribución de capital privado

internacional.internacional. Bajo control de autoridades civiles.Bajo control de autoridades civiles. 3 niveles de servicio:3 niveles de servicio:- Acceso abierto dedicado al mercado masivo.Acceso abierto dedicado al mercado masivo.- Acceso restringido dedicado a aplicaciones Acceso restringido dedicado a aplicaciones

comerciales y profesionales que requieran comerciales y profesionales que requieran mayor precisión.mayor precisión.

- Acceso restringido con exigencias críticas de Acceso restringido con exigencias críticas de seguridad para aviación civil.seguridad para aviación civil.

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Onda portadora

Código modulador

Señal emitida

L1 (19 cm)

L2 (24 cm)

(P)

(C/A)

(P)

Mensaje (Efemerides, etc.)+ =

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retardo

rango

R

Tiempo

Código transmitido

Código recibido

Código local

Relación entre código C/A, tiempo y distancia

•Código completo 1 milisegundo = 10 -3 seg 300.000 m•Un elemento 1 microsegundo = 10 -6 seg 300 m•Apreciación 10 nanosegundos = 10 -8 seg 3 m

P

S

pd

= pd +

= (xs – xp)2 + (ys – yp)

2 + (zs – zp)2

pd = (xs – xp)2 + (ys – yp)

2 + (zs – zp)2

= c (-R)

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Precisión del Precisión del PosicionamientoPosicionamiento

pd = (xs – xp)2 + (ys – yp)

2 + (zs – zp)2

Datos: xs ys zsIncógnitas: xp yp zp

Observación: pd

Errores sistemáticos:•Efemérides y reloj del satélite: poca influencia para C/A. Mejora utilizando “efemérides precisas”

•Atmósfera: gran influencia. Inevitable con un solo receptor. •Ondas reflejadas (multipath): evitar estacionamiento del receptor próximo a superficies reflectantes

Errores accidentales:•Apelar a la sobreabundancia de observaciones y a la búsqueda del valor más probable por compensación.

Factor de configuración (PDOP):•Prolongar las observaciones durante cierto tiempo para contar con distintas configuraciones.

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Precisión del orden de 15 metros con un solo receptor, efectuando una sóla observación, con resultado instantáneo y en el 95% de los casos.

IONOSFERA 2 a 100 m

TROPOSFERA decímetros

RUIDO0,3 a 3 m

POSICION REAL

POSICION TRANSMITIDA

Error del reloj (1 m)Error de órbita (5 m)

MEDICION CON CODIGO C/A – PUNTO AISLADOMEDICION CON CODIGO C/A – PUNTO AISLADO

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Posicionamiento Posicionamiento diferencial:diferencial:

Los errores en la propagación de la señal Los errores en la propagación de la señal (ionosfera y troposfera) afectan de manera (ionosfera y troposfera) afectan de manera similar a dos estaciones no muy alejadas entre sí similar a dos estaciones no muy alejadas entre sí que utilizan los mismos satélites.que utilizan los mismos satélites.

Los errores en cada satélite (reloj, órbita) son Los errores en cada satélite (reloj, órbita) son comunes para ambas estaciones.comunes para ambas estaciones.

LA TECNICA DE CORRECCION DIFERENCIAL HACE USO LA TECNICA DE CORRECCION DIFERENCIAL HACE USO DE ESTAS CARACTERISTICAS PARA ELIMINAR LAS DE ESTAS CARACTERISTICAS PARA ELIMINAR LAS INFLUENCIAS DE ESTOS ERRORES EN EL CALCULO DE INFLUENCIAS DE ESTOS ERRORES EN EL CALCULO DE LAS POSICIONES DE LA ESTACION “REMOTA” A PARTIR LAS POSICIONES DE LA ESTACION “REMOTA” A PARTIR DE CONOCERLOS EN LA ESTACION “BASE”, DE LA QUE DE CONOCERLOS EN LA ESTACION “BASE”, DE LA QUE SE CONOCEN SUS COORDENADAS.SE CONOCEN SUS COORDENADAS.

QUEDAN LOS ERRORES PROPIOS DE CADA ESTACION, QUEDAN LOS ERRORES PROPIOS DE CADA ESTACION, EL MULTIPATH Y LA CORRELACION DE CADA EL MULTIPATH Y LA CORRELACION DE CADA RECEPTOR.RECEPTOR.LA INCERTIDUMBRE EN LAS COORDENADAS DE LA LA INCERTIDUMBRE EN LAS COORDENADAS DE LA ESTACION BASE SE TRASLADAN A LA REMOTA.ESTACION BASE SE TRASLADAN A LA REMOTA.

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Precisiones (modo diferencial - Precisiones (modo diferencial - código C/A)código C/A)

ObservablObservablee

SeparacióSeparación n

EstacionesEstaciones

Precisión de la Precisión de la posiciónposición

InstantáneInstantáneaa

Promed. 3 Promed. 3 minmin

Código Código C/AC/A

10 Km10 Km

500 Km500 Km8 m8 m

10 m10 m4 m4 m

5 m5 m

Código Código C/A C/A

suavizadosuavizado

10 Km10 Km

500 Km500 Km3 m3 m

7 m7 m0,3 m0,3 m

4 m4 m

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Posicionamiento con fase:Posicionamiento con fase:

L1f1 = 154 . 10,23 Mhz = 1575,42 Mhz

L2

f2 = 120 . 10,23 Mhz = 1227,60 Mhz

1 = 19,05 cm

2 = 24,45 cm

Ecuación de observación ideal: = (N + N: ambigüedad correspondiente a un satélite observado desde una estación a partir de una época Observable de fase

= (xj– xp)2 + (yj– yp)

2 + (zj – zp)2 (xj , yj , zj): coordenadas del

satélite j PARA UNA EPOCA, UN RECEPTOR Y UN SATELITE SE TENDRA UNA ECUACION CON 4 INCOGNITAS: LAS COORDENADAS DEL RECEPTOR Y LA AMBIGÜEDAD N SI SE OBSERVA OTRO SATELITE SE AGREGA OTRA ECUACION Y TAMBIEN OTRA INCOGNITA: LA AMBIGÜEDAD PARA ESE SATELITE. PARA CONFORMAR UN SISTEMA DONDE EL NUMERO DE ECUACIONES SEA MAYOR O IGUAL AL NUMERO DE INCOGNITAS SE TENDRAN QUE REALIZAR OBSERVACIONES QUE CONTEMPLEN MAS DE UNA EPOCA.

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Observable real:Error de correlación o ruido: error accidental originado en el receptor al producir la correlación o alineación de fases y depende de la precisión con que el receptor es capaz de determinar (1% de 2 mm)Error en los relojes: diferencia de los relojes de receptor y satélite con el tiempo GPSRefracción atmosférica: ionosfera y troposfera

Ecuación de observación real: satélite j-ésimo, receptor i-ésimo y el instante t1/ i,j (t) = N i,j + i,j (t) – fj i,j (t) – fj A i,j (t)

Algunos errores pueden modelarse e introducir un término correctivo en la ec. de observaciónOtros, mediante una adecuada combinación de las ec. de observación.Diferenciando entre receptores se eliminan los errores de los satélites y diferenciando entreSatélites se eliminan los errores de los receptores.Ecs. de dobles diferencias de fases proveen soluciones libres de errores sistemáticos originados en los satélites y en los receptores.

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Cuando se utiliza el observable fase la precisión que se puede lograr es mucho mejor que la que se logra con el uso de códigos.

Aparece el problema de las ambigüedades cuya resolución requerirá tiempos de observaciónmucho más prolongados y procedimientos de medición y cálculo más complejos.

La ambigüedad inicial inherente a la medición con fase es un número entero y depende del par receptor – satélite.

No habrá dependencia del tiempo siempre que no haya pérdida de señal durante la sesión.

Dependiendo del tipo de ecuación de observación utilizada, las incógnitas son estimadas junto con las ambigüedades en un ajuste común. En esta aproximación los errores no considerados o mal modelados afectan a todas las incógnitas calculadas. Por eso en la primera aproximación las ambigüedades resultantes no serán números enteros sino reales y a las coordenadas obtenidas se las denomina “solución flotante”.

La mayoría de los software comerciales utilizan las ecuaciones de dobles diferencias de fasedonde las incógnitas son las coordenadas y las ambigüedades.

En general se suelen calcular primero las ambigüedades enteras y se reemplazan en el sistema de ecuaciones quedando como incógnitas solo las coordenadas.

Consideraciones para posicionamiento relativo estático con fase:Consideraciones para posicionamiento relativo estático con fase:

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Posicionamiento relativo dinámico (con fase):Posicionamiento relativo dinámico (con fase):Método cinemático puro:Método cinemático puro: en general se usa para relevamientos continuos (perímetro de un campo,traza de una ruta, diversas aplicaciones aéreas y marítimas).-Se debe realizar un proceso de inicialización (calcular las ambigüedades iniciales antes de comenzar el movimiento), por ejemplo, mediante una determinación estática ordinaria.-Se debe efectuar el recorrido sin apagar el receptor manteniéndose las señales provenientes de almenos cuatro satélites sin pérdidas de ciclos.

Método Stop & Go:Método Stop & Go: en general se usa para determinar coordenadas de puntos discretos con granrapidez.-Se debe mantener la recepción continua de la señal, luego de determinar las ambigüedadesiniciales. En caso que la recepción se interrumpa se pueden recuperar las ambigüedades retornando al punto anteriormente ocupado, evitándose así la reinicialización.-Si previamente se resuelven las ambigüedades el cálculo de las coordenadas es inmediato (similaral caso de código).

Método OTF (on the fly):Método OTF (on the fly): permite la resolución de ambigüedades en movimiento. Utiliza el llamadofiltro de Kalman. Permite estimar posiciones con precisión creciente, mientras el receptor está enmovimiento, hasta que la precisión lograda es tal que permite calcular las ambigüedades y de esamanera poder computar las coordenadas definitivas. El tiempo necesario para lograr determinar las ambigüedades se denomina “tiempo de refinamientoo de convergencia”. Para receptores L1/L2/P es posible fijarlas en menos de dos minutos. Para Receptores L1 el tiempo de refinamiento es 10 veces mayor.

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Precisiones en el posicionamiento con fase:Precisiones en el posicionamiento con fase:

Modo estático:Modo estático:La tecnología disponible está en condiciones de apreciar la centésima parte de la fase completa (equivalente a una longitud de onda).Si se dispusiera de métodos de observación y cálculo adecuados para eliminar todas las otras fuentes de error que influyen en la medición se podría alcanzar una precisión del orden de los 2 mm.Para el método estático, con una sola frecuencia y dentro de un radio de 30 Km, con efecto multipath mínimo y con buen PDOP:= +- (5 mm + 10-6 . D) D: distancia entre receptores

En la medida que varían los métodos, tipos de receptor y distancias, varían también las precisiones.

Método dinámico:Método dinámico:Para distancias cortas, con PDOP < 4, 6 satélites visibles y efecto multipath mínimo:

MétodoMétodo ReceptorReceptor PrecisiónPrecisión

Cinemático Cinemático PuroPuro

L1L1 < 4 cm< 4 cm

Stop & GoStop & Go L1L1 < 4 cm< 4 cm

OTFOTF L1L1 < 10 cm< 10 cm

OTFOTF L1/L2/PL1/L2/P < 4 cm< 4 cm