Procesado de Datos Gps

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TEMA 8: PROCESADO DE LOS DATOS 1. PREPROCESADO DE LOS DATOS 1.1 MANEJO DE LOS DATOS DESCARGA DE LOS DATOS Los observables, el mensaje de navegación y otra información adicional se almacena generalmente en un fichero en formato binario que depende del receptor empleado. La descarga de los datos almacenados en el receptor se realiza previamente al procesado de los mismos. GESTIÓN DE DATOS Durante un trabajo GPS multisesión y multibaselínea se utilizan una gran cantidad de datos, en el orden del Gigabyte. Si suponemos un trabajo GPS que incluye seis puntos y se utilizan cuatro receptores, con dos puntos de solapamiento, se necesitan dos sesiones. En la Tabla 9.1 se representan los puntos y sesiones, y la ocupación de un punto se representa por un asterisco. Tabla 9.1: Puntos ocupados y sesiones de trabajo La tabla muestra rápidamente qué puntos han sido incluidos en una sesión determinada, inversamente durante qué sesiones ha sido medido un cierto punto. La primera cuestión es más relevante, ya que determina qué baselíneas pueden ser calculadas en cierta sesión. Es imprescindible

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TEMA 8: PROCESADO DE LOS DATOS

1. PREPROCESADO DE LOS DATOS

1.1 MANEJO DE LOS DATOS

DESCARGA DE LOS DATOS

Los observables, el mensaje de navegación y otra información adicional se almacena generalmente en un fichero en formato binario que depende del receptor empleado. La descarga de los datos almacenados en el receptor se realiza previamente al procesado de los mismos.

GESTIÓN DE DATOS

Durante un trabajo GPS multisesión y multibaselínea se utilizan una gran cantidad de datos, en el orden del Gigabyte.

Si suponemos un trabajo GPS que incluye seis puntos y se utilizan cuatro receptores, con dos puntos de solapamiento, se necesitan dos sesiones. En la Tabla 9.1 se representan los puntos y sesiones, y la ocupación de un punto se representa por un asterisco.

Tabla 9.1: Puntos ocupados y sesiones de trabajo

La tabla muestra rápidamente qué puntos han sido incluidos en una sesión determinada, inversamente durante qué sesiones ha sido medido un cierto punto. La primera cuestión es más relevante, ya que determina qué baselíneas pueden ser calculadas en cierta sesión. Es imprescindible que la medición se haga en el mismo instante para poder eliminar el error del reloj, etc.

La cabecera de cada fichero de una sesión debe contener el identificador de la sesión y la lista de los sitios ocupados, a continuación se incluyen los bloques de datos, el primero de ellos debe contener los mensajes de navegación para todos los satélites medidos en la sesión.

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Para cada punto, se debe utilizar un bloque adicional para almacenar los siguientes datos:

Datos y observaciones (fases de la portadora, distancias de código, datos meteorológicos).

Resultados intermedios (posiciones de navegación, mensajes de diagnóstico). Información suplementaria (descripción del punto, receptor, observador).

o Si un equipo empieza a medir a las 12h 00m 13’’(equipo 1) y otro a las 11h 50m

27’’ (equipo 2)- El equipo 1 la primera medida la hace a las 12h 00m 15’’ en tiempo GPS- El equipo 2 la primera medida la hace a las 11h 50m 30’’ en tiempo GPS

Los dos receptores miden cada 5’’Implica que cada uno de los receptores tiene que estar resolviendo en posicionamiento absoluto de código pq es la única manera de que los relojes estén sincronizados.

INTERCAMBIO DE DATOS

El intercambio de datos es necesario cuando se utilizan receptores diferentes en un trabajo o se utilizan datos que han sido medidos con un equipo diferente al que nosotros utilizamos.

¿Qué es el formato RINEX, cuántos tipos de ficheros existen y para qué sirven?.

El formato RINEX (Receiver Independent Exchange) fue definido por Gurtner (1989b) y posteriormente en el año 1994 se han adoptado algunos cambios en el mismo. Es el mismo formato para todos y, la ventaja que tiene, es que se pueden visualizar los ficheros.

El formato consiste en tres tipos de ficheros ASCII:

El fichero de datos de Observación. El fichero de datos meteorológicos (no se suele rellenar, no tiene interés). El fichero del mensaje de navegación.

Los registros tienen longitud variable con un máximo de 80 caracteres por línea. Cada fichero se compone de una sección de cabecera y otra de datos. La sección de cabecera contiene la información genérica del fichero y la sección de datos, los datos propiamente dichos.

En la actualidad el formato RINEX es el más utilizado (el único) y como consecuencia los fabricantes de equipos suelen proporcionar el software adecuado para realizar la conversión del formato binario de sus receptores al RINEX.

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El nombre de los ficheros RINEX es de la forma “ssssdddf.yyt”, donde los cuatro primeros caracteres con el identificador del sitio (ssss), los tres siguientes indican el día del año (ddd) y el octavo carácter es el indicador de la sesión (f). Los dos primeros caracteres de la extensión representan las dos últimas cifras del año (yy) y el tipo de fichero se representa por el último carácter (t). El designador del satélite es de la forma “snn”, donde el primer carácter es el identificador del sistema de satélites (s) y los dos restantes (nn) es el número de satélite (el número PRN). Se este modo, el formato RINEX permite la combinación de observaciones de diferentes tipos de constelaciones de satélites.

Tabla 9.2: Fichero de datos de observación RINEX (sección de cabecera)

Tabla 9.3: Fichero de datos de observación RINEX (sección de datos)

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Tabla 9.6: Fichero de datos de navegación RINEX (sección cabecera)

Tabla 9.6: Fichero de datos de navegación RINEX (sección datos)

1.2 DETECCIÓN Y REPARACIÓN DE LA PÉRDIDA DE CICLOS

DEFINICIÓN DE PÉRDIDA DE CICLOS

Es la pérdida de la medición de algún satélite. Cuando se enciende un receptor se observa la parte fraccionaria de la fase (la diferencia entre la portadora transmitida por el satélite y la réplica generada por el receptor) y se inicia un contaje de enteros. Durante la medición, el contador se incrementa en un ciclo cuando la fracción de la fase cambia de 2Π a cero. Así, en una época dada, la fase observada acumulada Δφ, es la suma de la fracción de fase φ y la cuenta de ciclos enteros n. El número entero inicial de ciclos N entre el satélite y el receptor se desconoce. Esta ambigüedad en la fase N permanece constante mientras no se produzca una pérdida de la recepción de la señal. En este casi la cuenta entera se reinicia, lo que produce un salto en la fase instantánea acumulada de un número entero de ciclos. Este salto se denomina pérdida de ciclos y por supuesto sólo se produce en las medidas de fase.

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Figura 9.1: Representación gráfica de una pérdida de ciclos

Si se representan los valores de las medidas de fase en función del tiempo se obtiene una curva de variación suave, en el caso de una pérdida de ciclos aparece un salto brusco en la curva.

Se pueden distinguir tres fuentes que producen pérdidas de ciclos:

La primera es la causada por obstrucciones debidas a árboles, edificios, puentes, montanas…

La segunda fuente se debe a una relación señal/ruido baja causada por condiciones ionosféricas malas, multipath, excesivo movimiento del receptor o poca altura de los satélites sobre el horizonte.

Una tercera fuente puede ser la debida a un fallo en el software del receptor que produce un incorrecto procesado de la señal.

Las pérdidas de ciclo también pueden ser causadas por un fallo en los osciladores de los satélites, aunque es un caso poco frecuente.

La detección se lleva a cabo testando una cantidad. En el ejemplo dado, ésta es la medida de la fase. La reparación de la pérdida de ciclos se realiza corrigiendo todas las observaciones de fase de este satélite, posteriores a la pérdida, en una cantidad fija. La determinación del tamaño de la pérdida de ciclos y la corrección de los datos de fase se denomina a menudo, fijación de la pérdida de ciclos.

Efecto ionosférico: Es mayor en las zonas ecuatoriales (en los trópicos); más fuerte de día que de noche. Cada 11 años se produce una elevación del efecto ionosférico que tiene una duración de unos 2 años.

MEDIDAS A UTILIZAR EN LA IDENTIFICACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE CICLOS

Qué medidas se pueden utilizar para la detección de las pérdidas de ciclos utilizando solo las fases?

Las cantidades que se utilizan para testar la existencia de pérdidas de ciclos se basan en las medidas de las seudodistancias de código, y de la fase de la portadora. En una estación, las cantidades a testar son las fases, combinaciones de fases, combinaciones de seudodistancias de código y fases y combinaciones de fases y cuenta Doppler de frecuencias.

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Tabla 9.8: Valores utilizados para detectar la pérdida de ciclos en un solo receptor.

Cuando se dispone de los datos de dos puntos, se pueden utilizar simples, dobles y triples diferencias para comprobar las pérdidas de ciclos.

Restando ambas expresiones:

Los términos independientes de la frecuencia desaparecen. Dividiendo por λL1:

Que teniendo en cuenta que se transforma en:

Este modelo se denomina ionosférico residual, y la parte derecha de la ecuación (9.6) muestra que el término y ionosférico residual no contiene valores que varíen con el tiempo excepto la refracción atmosférica A (t).

Si no hay pérdida de ciclos, las variaciones temporales de residuos ionosférico serán bastante pequeñas en condiciones ionosféricas normales y en baselíneas cortas. Los saltos bruscos en los valores sucesivos de los residuos ionosférico serán indicadores de una pérdida de ciclos. El problema se centra ahora en determinar si la pérdida de ciclos fue en L1, en L2 o en ambas frecuencias.

(9.6)

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Otras cantidades que se utilizan para detectar la pérdida de ciclos, son las combinaciones de fase y código, que se expresaban por las ecuaciones:

Restando ambas expresiones:

Los términos que dependen del tiempo (excepto la refracción ionosférica) desaparecen del lado derecho de la ecuación. De modo que las combinaciones de código y fase se pueden utilizar para detectar la existencia de pérdida de ciclos. La influencia ionosférica puede modelarse o despreciarse. El cambio de Δiono(t) será suficientemente suave entre épocas que no estén muy separadas, esto podría justificar el poder despreciar el término ionosférico.

La realización del test de pérdida de ciclos utilizando la expresión (9.8) tiene el inconveniente del elevado nivel de ruido que presentan las medidas de código que puede estar en el orden de ± 5 ciclos. Este ruido es mucho más elevado que el de las medidas de fase porque la resolución y el efecto multipath son proporcionales a la longitud de onda de la señal. Tradicionalmente, la resolución de las medidas era del 1% de la longitud de onda, hoy en día los receptores modernos alcanzan resoluciones que se aproximan a 0,1%, de modo que las medidas de código (longitud de onda de 300 metros) pueden tener resoluciones de algunos centímetros, de esta forma las combinaciones de código y fase serán un indicador muy adecuado de la existencia de pérdida de ciclos. Es raro perder sólo un ciclo, normalmente se pierden varios ciclos a la vez.

(9.8)