UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

TOPOGRAFIA I

MERIDA, EDO- MERIDA

MERIDA, EDO. MERIDA

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

INTEGRANTES:

- GARCIA M. KRISLEYDI Y.

C.I 20.396.102

- MARQUEZ B. OMAR J.

CI 20.848.585

REFERENCIAS

Casanova, L.(2008). Topografa plana. Mrida, Venezuela.

Primera edicin.

El sistema de posicionamiento global

http://www.gps.gov/systems/gps/spanish.php

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL

(GPS)

El sistema global de navegacin por satlite permite determinar en

todo el mundo la posicin de un objeto, una persona o un vehculo

con una precisin habitual de unos pocos metros de precisin.

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL

(GPS)

El sistema de posicionamiento global G.P.S, es un sistema

mundial de navegacin desarrollado por el departamento de

defensas de los Estados Unidos. Actualmente este sistema

consta de 24 satlites artificiales (21 regulares y 3 de

respaldo) y sus respectivas estaciones en la tierra,

proporcionando informacin para el posicionamiento las 24

horas del da sin importar las condiciones del tiempo.

HISTORIA DEL G.P.S

En 1957, la Unin Sovitica lanz al espacio el satlite Sputnik I,

que era monitorizado mediante la observacin del efecto Doppler

de la seal que transmita. Debido a este hecho se comenz a

pensar que, de igual modo, la posicin de un observador podra ser

establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una

seal transmitida por un satlite cuya rbita estuviera determinada

con precisin.

La armada estadounidense rpidamente aplic esta tecnologa,

para proveer a los sistemas de navegacin de sus flotas de

observaciones de posiciones actualizadas y precisas. As surgi el

sistema TRANSIT, que estuvo disponible, adems, para uso

comercial.

HISTORIA DEL G.P.S

En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza

Area de los Estados Unidos posteriormente renombrado como

NAVSTAR GPS.

Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satlites prototipo

experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de

satlites, hasta completar la constelacin actual.

En resumen desde sus inicios puramente militares en el ao 1978, sus

aplicaciones han ido incrementndose constantemente en diversas

reas y los equipos receptores GPS han ido disminuyendo tanto en

tamao como en costo.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA

Un sistema GPS esta compuesto por los siguientes tres

segmentos:

Segmento espacial

Segmento de control

Segmento usuario

DESCRIPCIN DEL SISTEMA

SEGMENTO ESPACIAL: Conocido como la constelacin NAVSTAR

conformado actualmente por 24 satlites.

SEGMENTO DE CONTROL: Conformado por estaciones de control

master y de alimentacin. En tierra existen cinco estaciones de

seguimiento de control, tres estaciones para la alimentacin de datos y

una estacin de control maestro.

SEGMENTO USUARIO: Constituido por los receptores, recolectores de

datos y programas de aplicacin o software. El receptor es el instrumento

que recibe y decodifica la seal del satlite calculando las coordenadas

del puntos deseada. Los receptores varan en precisin, tamao,

capacidad de almacenamiento de datos y numero de satlites que utilizan

para calcular posicin, estos equipos son constantemente mejorados en

calidad y precisin debido al permanente desarrollo tecnolgico.

SEAL DEL GPS

La Onda Portadora (carriers)

Los satlites GPS transmiten las seales en dos tipos de frecuencias

de ondas portadoras, (en ingls carrier). Una onda se denomina "L1" y

emite en una frecuencia de 1575.42 MHz (Megaherzios) y transporta,

de ah el nombre "onda portadora", dos tipos de mensaje:

El ya conocido Pseudo-Random Code para el tiempo.

El mensaje de estado de la seal.

La otra onda se denomina "L2", con una frecuencia de 1277.60 MHz,

mucho ms preciso en su cdigo PRC que la anterior, se usa slo para

fines militares.

Veamos que informacin transmite la onda portadora "L1":

1.- Los Cdigos Seudo-Aleatorios o "Pseudo-Random Codes".

A su vez el Pseudo-Random Code se divide en dos tipos:

El primero se llama cdigo "C/A" (de "Adquisicin Comn"). Modula

la onda portadora "L1". Se repite cada 1023 bits y modula en un ratio

de 1 Mhz. Cada satlite tiene un nico Pseudo-Random Code. El

cdigo "C/A" es la base para usos civiles del Sistema GPS. De ah

su nombre: "Adquisicin o Captacin Comn"

El segundo se llama cdigo "P" (Preciso). Este se repite en un ciclo

de siete das y modula ambas ondas portadoras: L1 y L2 a un ratio

de 10 MHz. Este cdigo es especial para usos militares y puede ser

encriptado.

Cuando se encripta se le llama cdigo "Y". Obviamente este

cdigo "P" es mucho ms complicado que el "C/A" y por tanto ms

complicado de captar o adquirir por los receptores. Incluso, los GPS

utilizados para fines militares para adquirir las seales, primero utilizan

el cdigo "C/A" y despus saltan al cdigo "P".

2.- El Estado de la Seal o Mensajes de Navegacin.

Estos mensajes de navegacin o de estado, se encuentran en una

seal de baja frecuencia aadida al cdigo "L1", la cual da

informacin acerca de las orbitas de los satlites, las correcciones

de su reloj y otras seales de estado del Sistema.

FUNDAMENTOS INVOLUCRADOS EN LA

MEDICIONES CON GPS

FU

ND

AM

EN

TO

S Trilateracion Satelital

Medicin de distancias desde los satlites

Medicin precisa del tiempo

Conocimiento preciso de la orbita del satlite

Correccin de errores en la propagacin de la onda

TRILATERACION SATELITAL

Los satlites del sistema de posicionamiento global se encuentran

girando alrededor de la Tierra en rbitas predefinidas a una altura

aproximada de 20.200 kilmetros, siendo posible conocer con

exactitud la ubicacin de un satlite en un instante de tiempo

dado, convirtindose por lo tanto los satlites en puntos de

referencia en el espacio (ver figura)

TRILATERACION SATELITAL

Supongamos que un

receptor en la Tierra capta

la seal de un primer

satlite determinando la

distancia entre ambos.

Esto solamente nos indica

que el receptor puede

estar ubicado en un punto

cualquiera dentro de la

superficie de una esfera

de radio R1 tal y como se

muestra en la siguiente

figura

El punto puede

estar ubicado en

cualquier lugar de

la esfera.

TRILATERACION SATELITAL

Si medimos la distancia de

un segundo satlite al

mismo receptor se

generar una superficie

esfrica de radio R2, que

al intersecarse con la

primera esfera se formar

un crculo en cuyo

permetro pudiera estar

ubicado el punto a medir.

Circulo resultante

de la intercepcin

de dos esfera.

TRILATERACION SATELITAL

Si agregamos una tercera

medicin, la interseccin

de la nueva esfera con las

dos anteriores se reduce a

dos puntos sobre el

permetro del crculo

descrito tal y como se

muestra en la siguiente

figura.

Uno de estos dos puntos

puede ser descartado por ser

una respuesta incorrecta, bien

sea por estar fuera de espacio

o por moverse a una velocidad

muy elevada.

Puntos

resultantes de la

intercepcin de

tres esferas.

TRILATERACION SATELITAL

Matemticamente es

necesario determinar una

cuarta medicin a un

diferente satlite a fin de

poder calcular las cuatro

incgnitas x, y, z y tiempo.

Punto

resultante de la

intercepcin de

cuatro esferas.

MEDICIN DE DISTANCIAS DESDE LOS

SATLITES

La distancia de un satlite a un receptor se calcula midiendo el

tiempo de viaje de la seal de radio desde elsatlite al receptor.

Conociendo la velocidad de la seal de radio, la distancia se

determina por medio de la ecuacin de movimiento con velocidad

uniforme.

D = v.t

Siendo:

D = distancia en kilmetros desde el satlite al punto

considerado.

v = velocidad de la seal de radio, aproximadamente la

velocidad de la luz. v 300.000 km/s.

t = tiempo de viaje de la seal en segundos.

Para poder medir el tiempo de viaje de la seal, es necesario

conocer mediante cierto procedimiento el instante en el que la seal

parte del satlite.

MEDICIN PRECISA DEL TIEMPO

La medicin del tiempo de viaje es una actividad difcil de realizar.

Debido a la gran velocidad de las seales de radio y a las distancias,

relativamente cortas, a la cual se encuentran los satlites de la Tierra,

los tiempos de viaje son extremadamente cortos.

El tiempo promedio que una seal tarda en viajar de un satlite

orbitando a 20.200 kilmetros a la Tierra es de 0,067 segundos. Este

hecho hace necesario la utilizacin de relojes muy precisos.

Los satlites portan relojes atmicos con precisiones de un

nanosegundo, pero colocar este tipo de relojes en los receptores sera

muy costoso. Para solucionar este problema los receptores corrigen

los errores en la medicin del tiempo mediante una medicin a un

cuarto satlite.

CONOCIMIENTO PRECISO DE LA ORBITA

DEL SATLITE

Como se ha mencionado, existen 24 satlites operacionales en el

sistema NAVSTAR orbitando el la tierra cada 12 horas a una altura

de 20.200Km. Existen 6 diferentes orbitas inclinadas

aproximadamente 55 con respecto al ecuador. Alrededor de cada

uno de estos planos giran 4 satlites monitoreados constantemente

por el departamento de defensa de los Estados Unidos.

En la tierra existen 5 estaciones de seguimiento y control:

3 Estaciones para la alimentacin de datos.

1 Estacin de control maestra.

La estacin de control maestra calcula con los datos de las

estaciones de seguimiento, la posicin de los satlites en las

orbitas, los coeficientes para las correcciones de los tiempos y

transmiten esta informacin a los satlites.

ESTACIONES DE CONTROL MAESTRAS Y

MONITOREO.

Los errores que afectan las mediciones con G.P.S. Se pueden agrupar

en 3 tipos diferentes:

CORRECCIN DE ERRORES EN LA

PROPAGACIN DE LA ONDA

ERRORES

Errores

originados por el

medio de

propagacin.

Errores propios

del Satlite.Errores en la

recepcin.

Error por ruta

mltiple.

Errores orbitales. Errores del reloj. Errores de

configuracin

geomtrica.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATLITE.

Errores orbitales: Afectan la determinacin de la posicin

del satlite en un instante determinado con respecto a un

sistema de referencia dado. Estos errores se originan debido

a que no se conocen con la exactitud necesaria las orbitas

de los satlites.

Errores del reloj: Aunque sumamente precisos, los relojes

atmicos pueden presentar variaciones debido a la deriva

propia del instrumento y a la accin de los efectos

relativsticos que originan un diferencial del tiempo entre el

sistema del satlite y del sistema del G.P.S. Este diferencial

de tiempo no es constante para todos los satlites, sin

embargo, estos errores, de muy poca magnitud, son

ajustados por el Departamento de Defensa de los Estados

Unidos.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATLITE.

Errores de configuracin geomtrica: El efecto de la geometra

en la ubicacin de los satlites utilizados en la determinacin de un

posicionamiento queda expresado por los parmetros de la dilacin

de precisin geomtrica (DPG). Los parmetros de la DPG resultan

en una medida compuesta que refleja la influencia de la geometra

de los satlites sobre la precisin combinada de las estimaciones

del tiempo y posicin de la estacin.

La configuracin geomtrica ideal se da cuando la posicin relativa

entre satlites forma ngulos agudos. Por el contrario una

configuracin geomtrica pobre se da cuando los satlites estn

alineados o su posicin relativa forma ngulos llanos.

2. Errores originados por el medio de

propagacin

Cuando la seal penetra la ionosfera y la troposfera reducen la

velocidad de la seal, pero actualmente los receptores de G.P.S.

Toman en cuenta estas demoras haciendo las correcciones

pertinentes.

Error por ruta mltiple: Se origina debido a la posibilidad de que

una seal reflejada por objetos ubicados en la superficie de la tierra

lleguen al receptor por dos o mas trayectorias diferentes.

Para minimizar los efectos

del multipath se han

desarrollado antenas para

filtrar las seales que llegan

de diferentes direcciones.

3. ERRORES EN LA RECEPCIN

El ruido.

Centro de fase de la antena.

Errores del reloj oscilador.

Error de disponibilidad selectiva (S/A): El cual es una

degradacin de la seal del satlite causada en forma

intencional por el Departamento de Defensa de los Estados

Unidos.