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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO

GLOBAL

36 COMPILADO POR: ING: ROXANA XIMENA BURGOS BARROSO

TEMA 3: SISTEMA DE POSICIONAMIENTO

GLOBAL - GPS

Qué es el GPS? – Introducción a la Geodesia Espacial

La era de la geodesia espacial fue iniciada por la URSS en octubre de 1957 con el lanzamiento del primer

satélite artificial de la Tierra: el Sputnik I. Posteriormente pudo observarse que determinando el efecto

Doppler de las señales radiodifundidas por el Sputnik, desde estaciones de posición conocidas, era posible

establecer la órbita del satélite. Esto permitió el planteo inverso, es decir, si la órbita era conocida previamente

sería posible obtener la posición de un receptor en una ubicación cualquiera. Para ello habría que realizar

observaciones durante varios pasos del satélite. Durante la década siguiente la investigaciones se orientaron

a desarrollar y perfeccionar los métodos básicos de observaciones satelitales y de cálculo de órbitas

encaminados a implementar sistemas de posicionamiento y de determinación del campo de gravedad

terrestre, lo que permitió crear el primer sistema de posicionamiento geodésico.

Un poco de Historia

1.1 El Sistema Transit

Este sistema, concebido con fines exclusivamente militares, se basó en observaciones del efecto Doppler y

entró en operaciones en el año 1964. Posteriormente, en 1967, se comenzó a utilizar en trabajos de tipo

geodésico tales como mediciones de redes geodésicas extensas, determinación de parámetros entre

sistemas geodésicos, y otras aplicaciones científicas y tecnológicas. Estuvo funcionando hasta el año 1996.

Su salida de operación se debió fundamentalmente a que un nuevo sistema estaba operando exitosamente

1.2 El Sistema de Posicionamiento Global – GPS

La implementación del programa NAVSTAR, GPS (Navigation System Timing And Ranging, Global

positioning System, o navegación por satélite con medición de tiempo y distancia) fue iniciada en diciembre de

1973. El 22 de febrero de 1978 fue lanzado el primer satélite de una serie de cuatro. El desarrollo y

mantenimiento del sistema recae en el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, División Sistema

Espacial. Esa dependencia se debía a que el sistema fue concebido, igual que Transit, para uso militar.

El GPS es un sistema que tiene como objetivo la determinación de las coordenadas espaciales de puntos

respecto de un sistema de referencia mundial. Los puntos pueden estar ubicados en cualquier lugar del



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planeta, pueden permanecer estáticos o en movimiento y las observaciones pueden realizarse en cualquier

momento del día. Para la obtención de coordenadas el sistema se basa en la determinación simultánea de las

distancias a cuatro satélites (como mínimo) de coordenadas conocidas. Estas distancias se obtienen a partir

de las señales emitidas por los satélites, las que son recibidas por receptores especialmente diseñados. Las

coordenadas de los satélites son provistas al receptor por el sistema.

La operatividad del sistema no implica un compromiso legal del gobierno de Estados Unidos. Por lo tanto la

Agencia Cartográfica del Departamento de Defensa, NIMA (National Imagery and Mapping Agency) puede

modificar sin previo aviso su funcionamiento alterando, por ejemplo, el denominado mensaje de navegación

(en el que está incluida información esencial para el cálculo como son las coordenadas de los satélites),

limitando el acceso a uno o más componentes de la señal, alterando el estado de los relojes, degradando la

precisión de las órbitas, etc. De todos modos el acceso a las señales que emiten los satélites es de carácter

público, no requiriéndose licencia o autorización alguna, al menos hasta el año 2012.

En la actualidad, el uso civil de GPS ha sobrepasado largamente el uso militar, convirtiéndose de hecho en un

servicio público de carácter mundial de enorme importancia y con innumerables aplicaciones. Ante incesantes

requerimientos, el gobierno de los Estados Unidos se ha comprometido a mantener operativo el sistema al

menos unos años más.

¿Qué es el efecto Doppler?

El efecto Doppler es así llamado en honor a Christian Doppler, quien fue el primero en expresar esta idea en

1842. Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo

de la fuente respecto a su observador. Entendido

desde la perspectiva del sonido, Doppler determinó

que las ondas de sonido cambiarían si la fuente de

sonido o el observador se estaba moviendo. Si se

acercaban, la frecuencia sería más alta. Si se

alejaban, sería más baja.

Es de esta forma que debido a este hecho, se

comenzó a pensar que, de igual modo, la posición

de un observador podría ser establecida mediante el

estudio de la frecuencia Doppler de una señal

transmitida por un satélite cuya órbita estuviera

determinada con precisión.

http://www.windows2universe.org/people/enlightenment/doppler.html&edu=high&lang=sp



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Existen muchos ejemplos cotidianos del efecto Doppler; el silbido de un tren, sirenas de autos de policía y de

bomberos, los motores de los autos de carrera. En cada caso, existe un cambio notable en el tono, mientras

se aproximan y pasan frente al receptor.

Una manera de visualizar el efecto Doppler es pensar en las ondas como pulsaciones que se emiten a

intervalos regulares. Imagina que caminas hacia adelante. Cada vez que das un paso, emites una pulsación.

Cada pulsación frente a tí estará un paso más cercano, mientras que cada pulsación detrás de ti estará un

paso más alejada, un paso que te aleja. Las pulsaciones frente a ti son de mayor frecuencia y las pulsaciones

detrás de ti tienen menor frecuencia.

El efecto Doppler no sólo se aplica a los sonidos. Funciona con todo tipo de ondas. Esto incluye la luz. Edwin

Hubble usó el efecto Doppler para determinar que el universo se está expandiendo. Hubble encontró que la

luz de galaxias distantes está corrida hacia frecuencias más elevadas, hacia el rojo final del espectro. A esto

se le conoce como el desplazamiento Doppler, o cómo desplazamiento al rojo. Si las galaxias se estuviesen

acercando, la luz se desplazara al azul. Los radares Doppler ayudan a los meteorólogos a detectar

posibles tornados.

Constitución del Sistema GPS

3.1 El Tiempo

El tiempo GPS está definido por el reloj atómico de Cesio de la Estación de Control Maestra. El origen de la

escala de tiempo GPS se fijó coincidente con el UTC (Tiempo Universal Coordinado), a las 0 horas del 6 de

enero de 1980. La unidad del UTC es el segundo atómico, pero está sometido a periódicos reajustes a causa

del movimiento irregular de la Tierra, razón por la cual la diferencia entre tiempo GPS y UTC, que se fijó en

cero segundos en 1980, se fue modificando siendo el 1 de enero de 2005 de 13 segundos.

Una unidad de tiempo utilizada por el sistema es el número de semana GPS (NSGPS) equivalente a 604800

segundos. La cuenta de la semana GPS comenzó con el origen de la escala de tiempo GPS. Cuando se

completó la semana 1023 la NSGPS se reinicializó, es decir, la medianoche de 21 de agosto de 1999 se

comenzó a contar nuevamente desde 0.

3.2 Constitución

El Sistema GPS esta constituido por tres segmentos fundamentales:

Segmento Espacial

Segmento de Control

Segmento de Usuario

http://www.windows2universe.org/people/modern_era/hubble.html&edu=high&lang=sp

http://www.windows2universe.org/people/modern_era/hubble.html&edu=high&lang=sp

http://www.windows2universe.org/the_universe/the_universe.html&edu=high&lang=sp

http://www.windows2universe.org/the_universe/Hflow.html&edu=high&lang=sp

http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/tornado/weather_radar.html&edu=high&lang=sp

http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/tornado.html&edu=high&lang=sp



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3.2.1 Segmento Espacial

Se puede observar en la Figura la disposición aproximada que tienen los satélites de la constelación

NAVSTAR, GPS que integran el segmento espacial.

Debido a que la vida útil de un satélite llega a término por envejecimiento de los paneles solares, falta de

capacidad de los acumuladores, averías no reversibles en los sistemas electrónicos o agotamiento del

combustible de maniobra, se planificó su reemplazo en bloques. Los primeros satélites puestos en órbita

fueron los integrantes del denominado Bloque I. Fueron lanzados desde la base Vandenberg, ubicada en el

estado de California. El total de satélites puestos en órbita fue 11 entre los años 1978 y 1985. Estos primeros

satélites tuvieron un peso de 845 Kg. y un promedio de vida efectiva de 7.5 años.

Los satélites del Bloque I fueron sustituidos progresivamente por los del denominado Bloque II con un total de

9 satélites. El primer satélite de este grupo fue lanzado

en el año 1989 desde el Centro Espacial Kennedy en

Cabo Cañaveral, estado de Florida. Este nuevo bloque

adiciona varias innovaciones. Entre ellas la posibilidad

de incorporar a la señal una perturbación denominada

SA (Selective Availability) que no es otra cosa que la

disminución intencional de la precisión del sistema,

también se estableció una limitación al acceso del

denominado código P. Estas características fueron

impuestas a los usuarios civiles por cuestiones de

interés militar. El peso de estos satélites es de 1500

Kg. con un período de vida de aproximadamente 10

años.

Con el lanzamiento en 1990 de los satélites del denominado Bloque IIA. La A significa Advanced. Bloque que

fue completado el 8 de diciembre de 1993, con la puesta en órbita de 15 satélites adicionales, totalizando así

24 satélites, fue declarado el sistema en plena capacidad operativa. En 1996 fue lanzado el primer satélite

del Bloque IIR. El agregado de R (replacement) se refiere a reemplazo o sustitución, es decir, estos satélites

fueron reemplazando a los satélites que salían de operación. Esta versión tiene un peso de 2000 Kg. y se

distingue por las mejoras introducidas en los relojes de a bordo.

La cuarta generación, el Bloque IIF posee importantes mejoras en el sistema de navegación de a bordo. El

lanzamiento de estos satélites comenzó en el 2001 hasta el 2010. Están diseñados para una vida útil de 15

años. Para la puesta en órbita de satélites de todas las versiones del Bloque II se utilizaron transbordadores

espaciales, que transportan simultáneamente tres satélites en cada viaje. Están equipados cada satélite con

dos paneles solares y un sistema de propulsión. Los paneles solares se utilizan para recargar los

acumuladores que permiten el funcionamiento mientras el satélite pasa por la sombra de la Tierra. Desde el

sistema de control terrestre es posible activar los sistemas de propulsión con el objetivo de corregir las órbitas

de cada satélite o incluso cambiar de posición dentro de la misma órbita.



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3.2.1.1 Constelación

A fines de 1993 cuando fue completada la constelación de

satélites del sistema sus características eran las siguientes:

- Compuesta por 24 satélites.

- Los satélites se ubican en 6 órbitas planas prácticamente

circulares, con inclinación de 55º respecto al plano del

Ecuador y con una distribución aproximadamente

uniforme; con 4 satélites en c/órbita.

- Se encuentran aproximadamente a 20180 km de altura.

- Tienen 12h de período de rotación (en tiempo sidéreo) u

11h 58m (en tiempo oficial).

- También hay satélites en órbita que se encuentran desactivados y disponibles como reemplazo.

- Con la constelación completa, se dispone, en cualquier punto y momento, entre 5 y 11 satélites observables,

con geometría favorable.

- El tiempo máximo de observación de un satélite es de hasta 4 horas 15 minutos.

- Con la incorporación de los satélites de los Bloques IIR y IIF la constelación tiene a principios del 2005, 29

satélites en órbita, distribuidos en los seis planos orbitales. La cantidad de satélites por plano es 4, 5 ó 6

según la órbita.

3.2.1.2 Relojes de los satélites

Los relojes de los satélites, son en realidad osciladores

atómicos, los que por su alta frecuencia y la gran

estabilidad de la misma, permiten efectuar mediciones

de tiempo con elevada precisión. La estabilidad se

caracteriza por el valor Δf/f, donde Δf indica la variación

de frecuencia posible en un período dado (por ejemplo

un día) y f indica la frecuencia propia del reloj. A modo

de ejemplo podemos citar los siguientes valores:

Tubo de vacío. Uno de los componentes esenciales

de los relojes atómicos en los satélites

Tipo de reloj Estabilidad Δf/f

Rubidio 10-12

Cesio 10-14

Hidrógeno 10-15

Si vinculamos la frecuencia con la medición de tiempo es posible demostrar que:

(t indica el tiempo transcurrido y Δt el error posible en la medición de t) Esto nos permite afirmar que,

considerando un reloj de rubidio y el tiempo que la señal tarda en recorrer la distancia satélite-receptor

(aproximadamente 0.066 segundos), el valor Δt es del orden de 66x10-15 segundos, y consecuentemente el

error posible en la medición de la distancia no excedería las dos centésimas de milímetro



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3.2.1.3 Portadoras y códigos

Todos los satélites emiten dos ondas portadoras en la banda L (1000 Mhz a 3000 Mhz). La portadora L1 está

modulada por dos códigos (C/A y P) y la L2 solo por el código P. Ambas portadoras incluyen además el

denominado mensaje de navegación.

3.2.2 Segmento de Control

Las funciones principales del segmento de control, denominado internacionalmente con las siglas OCS

(Operational Control Segment) son:

Monitoreo y control permanente de los satélites con el objeto de determinar y predecir las órbitas y los

relojes de a bordo.

Sincronización de los relojes de los satélites con el tiempo GPS

Transmisión, a cada satélite, de la información procesada.

Estaciones oficiales de seguimiento

Está integrado por una Estación de Control Maestra (MCS), varias Estaciones de Monitoreo (MS) y Antenas

Terrestres (GA). Las estaciones de monitoreo tienen coordenadas conocidas con gran precisión y están

equipadas con receptores GPS de doble frecuencia L1/L2 y un reloj de Cesio. Su función es determinar las

distancias a todos los satélites visibles y transmitirlas a la estación de control maestra junto con los datos

meteorológicos de cada estación.

Con los datos recibidos de las estaciones monitoras, la estación maestra, ubicada en la Base de la Fuerza

Aérea Schriever en el estado de Colorado, calcula los parámetros orbitales y los de los relojes y



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posteriormente los transmite a las antenas terrestres que los transfieren a los satélites a través de un enlace

vía banda S. Como se puede observar en la Figura, el segmento de control está integrado por 10 estaciones.

Estas están ubicadas en:

Colorado Springs (EUA)

Isla Ascensión (Atlántico Sur)

Diego García (Índico)

Kwajalein (Pacífico Occidental)

Hawaii (Pacífico Oriental)

Quito (Ecuador)

Buenos Aires (Argentina)

Hermitage (Inglaterra)

Bahrein (Golfo Pérsico)

El Segmento de Control del sistema GPS ha sido ampliado. Se ha incorporado una Back up Master Control

Station, y algunas más Monitor Station y Ground Antennas.

3.2.3 Segmento Usuario

Está formado por los instrumentos que nosotros, los usuarios,

necesitamos para utilizar el sistema GPS de cara a la navegación,

posicionamiento, control preciso de tiempos, etc.

Básicamente, un equipo GPS está compuesto por un receptor o sensor

con antena (que puede ser externa o integrada en el propio sensor,

observar la figura) que se comunica con los satélites, y por una unidad de

control que permite la interoperatividad con el usuario. Adicionalmente,

cada vez se incluyen mayor número de accesorios con diversas

funcionalidades.



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3.3 Esquema del funcionamiento del GPS

Hasta ahora hemos visto que

existe una constelación de

satélites distribuidos en órbitas

determinadas, de los cuales

puede determinarse su posición

en un momento concreto en

función de la posición de una

serie de estaciones de

seguimiento en tierra que

cuentan con coordenadas bien

definidas.

Asimismo, hemos visto que el

segmento del usuario se

compone de unos receptores que

se comunican con los satélites

NAVSTAR y que nos van a

permitir determinar su posición

basándonos en la de los satélites.

La base de todo el sistema es

una medición exhaustiva de la

distancia que nos separa de los

satélites. La explicación es

sencilla: si sabemos que nos encontramos a 20.000 Km de un satélite determinado, está claro que estaremos

situados dentro de la superficie de la esfera que, con centro en el satélite, tiene un radio de 22.000 Km.

Si disponemos de las distancias a dos satélites, las posibilidades se reducen, y nos encontraremos dentro de

la circunferencia de inter- sección entre las dos esferas que tienen centros en cada uno de los satélites y radio

las distancias a cada uno de ellos respectivamente. Por último, si disponemos además de la distancia a un

tercer satélite, nuestra posición estará determinada por la intersección de la ter- cera esfera con la

circunferencia anterior (intersección de las dos primeras esferas). La intersección de una esfera con una

circunferencia da como resultado dos puntos del espacio, que serán los únicos en los que podemos

encontrarnos si disponemos de las distancias a tres satélites distintos.

En estos momentos puede surgir la pregunta de cómo podemos saber cuál de los dos puntos obtenidos

representa realmente nuestra posición. Bien, para ello existen varios métodos. Uno de ellos consistiría en

realizar otra medición más (la cuarta) a otro satélite. Otro suele ser el descartar uno de los puntos por ser



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absurdo, lo que sucede a menudo. Adicionalmente, si

conocemos nuestra altitud también podemos

descartar uno de los puntos.

3.3.1 Medición de las distancias a los satélites

De nuevo, el concepto es muy sencillo, pues se basa

en que los satélites GPS emiten señales en forma de

ondas de radio, las cuales "viajan" a la velocidad de la

luz (aproximadamente 300.000 Km/seg. en el vacío). Si

sabemos el momento en que un satélite emite una

señal y el momento en el que la recibimos en nuestro

receptor, el cálculo de la distancia es tan sencillo

como aplicar la fórmula:

S = C ⋅ ∆t

Donde C es la velocidad de la luz y ∆t el tiempo transcurrido durante el viaje de la señal desde el satélite hasta

el receptor.

Lo que ya no es tan sencillo es disponer de la tecnología suficiente como para medir con gran exactitud

intervalos muy cortos de tiempo. ¿Por qué son tan cortos dichos intervalos? Pues basta con hacer un rápido

cálculo:

Si suponemos que un satélite GPS se encuentra a unos 20.000 Km de distancia y que la luz viaja a 300.000

Km/seg., serán necesarios solamente 6/100 segundos (0,06 seg.) para que la señal llegue hasta nosotros. Por

tanto, se necesitan relojes de gran precisión, tanto en los satélites como en los receptores, para obtener

resultados satisfactorios. Los primeros disponen de relojes atómicos, con precisiones que oscilan entre 10-11

y 10-14 segundos (10-11 a 10-12 en los osciladores de Rubidio, 10-12 a 10-13 en los de Cesio y 10-14 en los

de Hidrógeno). Los receptores cuentan con osciladores de cuarzo (mucho más baratos) muy precisos (del orden

de nanosegundos, 10-9 seg.).

3.3.2 Cálculo de coordenadas

La diferencia de precisión entre unos relojes y otros es enorme (la luz recorre 30 cm en 10-9 seg., pero tan

solo recorre 0,003 mm en 10-14 seg.). Esto va a causar cierta ambigüedad a la hora de determinar nuestra

posición. Una solución al problema sería instalar relojes atómicos también en los receptores, pero el

inconveniente es el enorme costo de estos dispositivos. Existe una solución mucho más sencilla y económica,

basta con efectuar una cuarta medición a otro satélite. Se establece así un sistema de cuatro ecuaciones con

cuatro incógnitas (las tres coordenadas del punto y la desviación del reloj del receptor).



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3.3.3 Los códigos utilizados en el Sistema GPS

¿Cómo sabemos cuándo envió el satélite la señal que recibimos? Esta pregunta es de del satélite tardará algún

tiempo en llegar hasta nosotros, así que si lo comparamos con el código generado por nuestro receptor,

podremos determinar el desfase existente entre ambos.

Vayamos en primer lugar con los satélites: Los osciladores de estos generan una frecuencia fundamental

gran importancia, pues sin respuesta a la misma, no habría forma de medir el tiempo. De nuevo, todo está

pensado. Tanto los satélites como los receptores GPS están diseñados de tal manera que el oscilador

presente en ambos genera el mismo código a la misma hora. El código de 10,23 MHz. De ésta se derivan el

resto de frecuencias utilizadas, en concreto las dos frecuencias portadoras L1 y L2, obtenidas de la siguiente

forma:

Fundamental (10,23MHz ) ×154 = Portadora L1(1575,42MHz )

Fundamental (10,23MHz ) ×120 = Portadora L2 (1227,60 MHz )

Estas dos frecuencias15

portadoras (L1 y L2) se denominan con la letra L porque pertenecen a dicha banda

de radiofrecuencias, la cual está comprendida entre 1 GHz y 2 GHz.

Sobre estas dos frecuencias portadoras se transmiten, a su vez, dos códigos, a saber:

- El código C/A (Course/Acquisition) o también

denominado S (Standard) es el de menor

frecuencia (utiliza la fundamental dividida por 10,

es decir, 1,023 MHz). En principio es el que

ofrece menores precisiones y se utiliza en el

llamado SPS (Standard Positioning Service, o

Servicio de Posicionamiento Standard), para uso

civil. Se transmite sobre la portadora L1.

- El código P (Precise) se transmite directamente

a la frecuencia fundamental (10,23 MHz), ofrece mayor precisión y se utiliza en el denominado

posicionamiento preciso (PPS, Precise Positioning Service). Se transmite sobre las portadoras L1 y L2.

Junto con estos dos códigos, se envía un mensaje, que es el que suministra toda la información que

necesitan los usuarios del sistema GPS. Cada satélite debe emitir un código diferente, pues en caso contrario,

como todos se basan en las mismas frecuencias portadoras, que a su vez se derivan de una única frecuencia

fundamental, no habría forma de distinguirlos entre sí.

La complejidad del código generado es muy grande, pues se basa en desarrollos polinómicos, dando lugar a

códigos que más se parecen a una serie de impulsos aleatorios (XX), razón por la que se han denominado

códigos pseudo-aleatorios.



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3.3.4 Fuentes de error en el sistema

A pesar de que, dentro de lo posible, se ha intentado que cada uno de los componentes del sistema GPS

tenga una elevada precisión, existen fuentes conocidas de error que afectan a los resultados finales.

A continuación mostramos cuáles son:

Retraso ionosférico y atmosférico.

Ya comentamos que el GPS utiliza ondas de

radio en las transmisiones. El hecho es que al

estar los satélites a unos 20.000 Km de altitud,

las señales deben atravesar sucesivamente el

vacío, la ionosfera y la troposfera.

Hemos visto que las ondas de radio viajan a la

velocidad de la luz, que normalmente se supone

un parámetro inmutable y fijo de valor igual a

300.000 Km/seg. Sin embargo esta es la

velocidad de propagación de la luz en el vacío, cuando se propaga en otro medio existe un cierto re- tardo

que, aunque pudiera parecer muy pequeño, afecta de una manera importante a las precisas mediciones

efectuadas por los sistemas GPS.

El principal problema se encuentra en la ionosfera, una capa situada entre los 100 y los 1.000 Km de altitud en

la que se ioniza (debido a la radiación solar) una parte de las moléculas de gas existentes, liberándose

electrones en tal proceso. Estos electrones libres afectan directamente a la velocidad de propagación de las

señales de radio, tanto más cuanta mayor cantidad de ellos sea interceptada por dichas señales. Este problema

tiene una solución bastante efectiva. Todo se basa en el conocimiento de que el retraso de las señales GPS es

inversamente proporcional al cuadrado de las frecuencias de las mismas, es decir, cuanto menor sea la

frecuencia (y por tanto mayor la longitud de onda), mayor será el retraso.

Teniendo esto en cuenta, si se emiten desde el satélite dos seña- les con frecuencias distintas en un instante

determinado, podemos examinar, una vez que llegan al receptor, el desfase existente entre dos partes de

dichas señales que, teóricamente, deberían haber llegado al mismo tiempo. De esta forma puede calcularse

con bastante aproximación el retraso ionosférico (partiendo de las frecuencias de ambas señales y del

desfase medido entre ambas en la recepción).

Por esta razón, se diseñó el sistema con las portadoras L1 y L2 anteriormente mencionadas.

Para poder aplicar estas correcciones necesitaremos un receptor que sea capaz de leer las portadoras L1 y

L2. A este tipo de receptores se les llama de "doble frecuencia", y su precio es bastante superior a los de una

sola.



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Una vez atravesada la ionosfera, queda todavía la troposfera, en la cual las fuentes de error más importantes

son la variación de tempera del aire seco y la presencia de vapor de agua. La primera tiene mucha mayor

influencia (alrededor del 90%), pero el gradiente térmico puede determinarse con relativa facilidad, con lo que

se eliminaría de igual manera el error cometido por este factor. Aunque la influencia del vapor de agua es

mucho menor, es muy difícil determinar la distribución del mismo en la troposfera, y por tanto corregir esta

fuente de imprecisión.

Existen unos aparatos que pueden medir la cantidad de vapor de agua en una determinada dirección. Se llaman

radiómetros de vapor de agua y se utilizan solamente en circunstancias excepcionales en las que se requiera

máxima precisión.

3.3.5 Otras fuentes de error

Podríamos destacar la imprecisión de los relojes, tanto en los satélites (muy pequeña, pero existente), como

en los receptores. Ya hemos visto que la imprecisión del reloj de tierra puede eliminarse utilizando una cuarta

determinación. Los relojes atómicos de los satélites son controlados regularmente por el DoD, efectuando las

correcciones oportunas.

Otro error de cierta importancia es el conocido como "multi- path" o "multisenda", que se produce

cuando las señales no van directamente del satélite al receptor, sino que se desvían y sufren varios rebotes

antes de alcanzar su objetivo. Los receptores GPS actuales incorporan diversos mecanismos para evitar este

fenómeno y minimizar su influencia.

3.3.5.1 Dilución de la precisión geométrica (GDOP)

Anteriormente vimos, muy por encima, que la precisión final obtenida no solamente depende de que

tengamos a nuestra disposición un cierto número de satélites, sino también de que estos tengan una situación

espacial favorable de cara a las determinaciones geométricas que vamos a efectuar. Esto puede verse

claramente en las siguientes figuras.

La GDOP es un valor adimensional

representativo de la situación espacial de los satélites

favorable o desfavorable. El valor ideal es 1, y va

creciendo según empeoran las condiciones de los

satélites visibles, hasta llegar a cierto límite en el cual

no debería realizarse ninguna medición (establecido

generalmente en 6).

Los receptores modernos, como ya se dijo, cuentan

con funciones que les permiten evaluar la distribución

espacial de los satélites y seleccionar los más



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adecuados para la medición, presentando en la pantalla de la unidad de control la GDOP mínima disponible.

Por ello, repetimos que es mejor disponer de varios canales16 adicionales en el receptor, de forma que éste

puede efectuar el seguimiento simultáneo de un mayor número de satélites y minimizar el error GDOP.

3.3.5.2 La disponibilidad selectiva

Es una técnica mediante la cual el Departamento de Defensa de E.E.U.U. (DoD) se reserva el derecho de

degradar la precisión del método SPS (Standard Positioning Service) con el objeto de impedir a los usuarios

civiles obtener mejores de 100 metros.

A esta técnica se la ha denominado SA (Selective Availability, o Disponibilidad Selectiva) y se aplicó por primera

vez en Marzo de 1990, como consecuencia del descubrimiento de que el SPS ofrecía precisiones mucho

mayores de lo que se esperaba (casi tan grandes como las del PPS), lo cual, lógicamente, en previsión de

momentos de crisis, no interesaba a las fuerzas militares norteamericanas.

3.4 Tipos de GPS

3.4.1 Receptores geodésicos con medición de fase sobre L1

Son receptores que trabajan con la onda portadora L1

acumulando información que, con postprocesado, en gabinete

permite obtener precisiones relativas centimétricas en el mejor

de los casos para distancias de hasta 25 ó 30 km y submétricas

para distancias de hasta 50 km. Permiten el cálculo de vectores

con su evaluación estadística y son aptos para el ajuste de

redes, aunque se trata de una tecnología obsoleta hoy en día.

Este tipo de receptores suelen ser usados con métodos

relativos estáticos, con el uso de estaciones de referencia complementarias. Muchos de ellos son también

compatibles con los servicios DGPS vía satélite trabajando en lectura de código exclusivamente, mediante la

incorporación de una tarjeta electrónica de expansión y la suscripción al sistema.

3.4.2 Receptores de código C/A avanzados

Son receptores que además de analizar el código C/A disponen de lectura (con ciertas limitaciones) de la fase

portadora L1.

Estos receptores permiten el uso de metodologías diferenciales, en ocasiones bajo la forma de suscripciones a

servicios vía satélite como OmniStar® o LandStar®, consiguiendo bajo esta metodología precisiones entorno a 1

m. en tiempo real. Este tipo de servicio tiene la enorme ventaja de que se dispone de corrección

instantánea sin necesidad de montar ninguna estación de referencia, y para casi para cualquier parte del

globo en tiempo real.



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3.4.3 Navegadores convencionales

Los navegadores son los tipos de receptores GPS más extendidos, dados su bajo coste y multiplicidad de

aplicaciones. Consisten en receptores capaces de leer el código C/A, que pueden tener incluso capacidad

para leer señales diferenciales vía radio o conexión software y también capacidad para representar

cartografía sencilla en una pantalla de cristal líquido.

Permiten conocer las coordenadas en varios formatos y conversión de baja precisión a datum locales desde

WGS84 (Word Geodetic System 1984), sistema geodésico de referencia en GPS. También permiten la

navegación asistida con indicación de rumbos, direcciones y señales audibles de llegada en rutas definidas

por el usuario a través de puntos de referencia (waypoints).

4.5.1 Tipos de Navegadores Los navegadores GPS se pueden clasificar en dos grupos: dispositivos basados en GPS dedicado; y equipos

GPS que necesitan utilizarse conjuntamente con PDA, ordenador ó móvil.

a) Navegadores basados en un GPS dedicado.

Estos dispositivos proporcionan

una interfaz gráfica al usuario,

proporcionan datos de

navegación (latitud, longitud,

altitud, velocidad, satélites en

vista, hora o brújula

electrónica). Una de las

características más importantes

de estos receptores es la de

poder grabar o marcar una

determinada posición a través

de la función waypoint (punto de camino), la cual generalmente podremos asociar un nombre (o incluso un

icono). A partir de la anterior función se pueden crear rutas (agrupación en secuencia de waypoints): una ruta

contiene una posición de partida y una final, así como toda una serie de localizaciones intermedias a lo largo

del trayecto. También podemos hacer que sea el propio GPS el que grabe automáticamente nuestra ruta o

"huella" a través de la función track (nuestro receptor grabará un punto cada vez que cambiemos de

dirección), para que podamos volver, sin ningún problema, a nuestro punto de partida. Muchos de estos

equipos incorporan ó dan la posibilidad de importar cartografía, haciendo que su utilización sea más atrayente.

Dependiendo del servicio que prestan se pueden dividir en dos grupos: el primer grupo está formado por los

GPS para uso en senderismo, BTT (Bicicletas Todo Terreno), motos, atletas o marítimos. En el otro grupo

están los GPS para uso en vehículos y tienen su función principal es la de guiar al conductor por carreteras y

calles, hasta un lugar de destino.

Diferentes págnas del Garmin GPSMAP 60C



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Senderismo, BTT, atletas o deportes marítimos.

Las marcas líderes en este sector son Garmin® y Magellan®. El desarrollo de estas marcas es tan amplio que

incluso poseen su propio protocolo de transmisión de datos.

Magellan eXplorist GPS Meridian Gold

Tipos de dispositivos Magellan

Etrex Vista CX Edge 305 (HR/CAD)

Tipos de dispositivos Garmin

Las características generales de estos equipos son:

Antena integrada.

Receptor de 12 canales paralelos, compatible con la tecnología WAAS (EGNOS en Europa) de

corrección de errores, que permite precisiones de 5 metros e inferiores. Batería de pilas.

Pantalla en blanco y negro, ó a color.

Estado de satélites: Muestran datos de los satélites GPS que detectan su posición y obtienen información

sobre su estado.

Capacidad de almacenar hasta 500 waypoints de usuario con nombre y símbolo, 20 rutas reversibles, 50

puntos por ruta.

Las características específicas que suelen incluir algunos de estos equipos son:

Permiten inserción de tarjetas externas.

Resistente al agua.

Incluye altímetro barométrico y un compás electrónico.

Algunos más especializados para uso BTT, como el Edge 305 es capaz de medir la cadencia de pedaleo,



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el ritmo cardíaco, la velocidad, la distancia, el tiempo, las calorías quemadas, la altitud, las subidas y

pendientes y muchos datos más. Muchos de ellos poseen ó dan la posibilidad de incorporar datos de

ciudades, autopistas, carreteras principales, parques, principales vías fluviales, aeropuertos, etc. Así como mapas

topográficos y callejeros.

Interfaz con PC, a través del puerto serie, ó en el caso de los más sofisticados con puerto USB.

Utilizando protocolos propietarios como en el caso de Garmin, NMEA y RTCM.

Los dispositivos más evolucionados traen el chip SiRF Star 3 GPS, que hace que sean receptores

hipersensibles, encontrando rápidamente la señal GPS y garantiza una recepción óptima y precisa.

3.5 Nivel de precisión alcanzado con el GPS

La utilización del GPS con fines geodésicos ha pasado por gran cantidad de pruebas y experimentos para

asegurar su precisión y efectividad. Podemos decir17 que hace pocos años se hicieron mediciones

obteniendo errores del orden de 10-6. Esta exactitud lo convierte en un método increíblemente adecuado

para el control de redes geodésicas en primer término y, hoy día, dados los enormes avances que el método

ha experimentado y su menor costo, para su utilización con fines topográficos convencionales.

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