Sistema de posicionamiento global GPS

Sistema de

Posicionamiento Global

Diplomado en Geomática

Profesor: Dr. Ing. ©Alejandro Velásquez Soto

Agosto 2009

ÍNDICE

CLASE 1:

- Introducción.

- Sistemas de Posicionamiento.

CLASE 2:

- Satélites y Forma de la Tierra.

- Sistemas GNSS.

CLASE 3:

- GNSS en Modo Geodésico.

- Teoría de la Señal.

CLASE 4:

- Métodos de Georreferenciación Geodésica.

- Hardware en Terreno.

CLASE 5:

- Galileo.

- Hardware Interoperable.

CLASE T (Práctica):

- Medición GPS en Terreno.

- Post-Proceso y Manejo de Datos.

CLASE 7:

- Proyecciones y Aplicaciones.

- Geomática.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

• Georreferenciación.

• Planos, Mapas, Cartas.

• Lugares Geométricos.

• Sistemas Espaciales.

CLASE 1 1/11

INTRODUCCIÓN

• Georreferenciación: La georreferenciación es el acto y procedimiento de

posicionar, en el que se define la locación de un objeto

espacial (representado mediante un punto, vector, área,

volumen) mediante un sistema de coordenadas y datum

determinados. Esto puede ocurrir asignándole

coordenadas a objetos que no tuvieran con anterioridad

o cambiando las coordenadas locales existentes por

coordenadas referidas a algún sistema elipsoidal.

CLASE 1 2/11

INTRODUCCIÓN

• Lugares Geométricos y Coordenadas: Un lugar geométrico esta definido como el conjunto de puntos que

satisfacen determinadas propiedades geométricas, de esta forma

todas las figuras geométricas se pueden definir como lugares

geométricos mientras que los puntos que las conforman cumplan

con las respectivas propiedades que definen a la figura. De la

misma manera el conjunto infinito de puntos que conforman un

sistema coordenado es también un lugar geométrico ya que todos

los puntos que lo conforman deben cumplir con las respectivas

propiedades del sistema y con el orden determinado.

CLASE 1 3/11

INTRODUCCIÓN

• Planos, Cartas y Mapas: Un plano, una carta o un mapa no son mas que representaciones

gráficas y métricas, escaladas, de una porción de terreno

generalmente representada a un nivel bidimensional. Estas

herramientas de representación poseen propiedades métricas (o

temáticas en el caso que las posean) lo que implica que a de ser

posible tomar medidas de ángulos, distancias y superficies sobre

ellos y obtener un resultado bastante aproximado a la realidad. Si

bien en algunos casos se tiende a entender estos términos como

similares y en algunos casos sinónimos no lo son puesto que la

gran diferencia esta en la escala en la que representaran la

realidad.

CLASE 1 4/11

INTRODUCCIÓN

CLASE 1 5/11

Mapa

Plano Topográfico

CARTA

MAPA

PLANO TOPOGRAFICO

INTRODUCCIÓN

• Sistemas Espaciales: Sistemas que nos permiten representar la distribución

que tienen puntos en el espacio, para determinación absoluta de una posición con precisión uniforme sobre la superficie de la Tierra. Es uno de los objetivos fundamentales de la Geodesia.

Utilizando la geodesia clásica y técnicas topográficas, la determinación de la posición es siempre relativa a los puntos de partida del levantamiento, la precisión obtenida es dependiente de la distancia a este punto. Por lo tanto, el GPS ofrece ventajas sobre las técnicas convencionales.

CLASE 1 6/11

INTRODUCCIÓN

Forma de la Tierra: ¿esfera uniforme?

¿esferoide?¿elipsoide?. Esto representa una de las

mayores dificultades al momento de realizar las

representaciones de los puntos que se encuentran sobre

dicha superficie.: GPS utiliza un sistema de

coordenadas geodésico

El elipsoide elegido será aquel que se ajuste de mejor

manera a la forma de la Tierra. Este elipsoide es una

superficie física, es una superficie matemática.

CLASE 1 7/11

Sistemas

coordenados 8/11

SISTEMAS DE

POSICIONAMIENTO GLOBAL

CLASE 1 9/11

Geociencias:

Las geociencias o ciencias de la tierra son el conjunto de disciplinas que

estudian la estructura interna, morfología, dinámica superficial y evolución del

planeta. Entre ellas destacan la Geografía, Geología, Geomorfología, Geofísica,

Geoquímica, Hidrológica, Sismología, y por supuesto también la Geodesia entre

muchas otras.

SISTEMAS DE

POSICIONAMIENTO GLOBAL

CLASE 1 10/11

-Conceptos Básicos de Posicionamiento: •Posicionamiento: determinación de posiciones de objetos estacionarios o

móviles.

•Posicionamiento Puntual: Posicionamiento respecto de un sistema de

coordenadas previamente establecido.

•Posicionamiento Relativo: Posicionamiento de un punto respecto a otro,

tomando al primero como origen de un sistema de coordenadas local.

•Datum Horizontal: Superficie de referencia para coordenadas horizontales –

elipsoide.

•Datum Vertical: Superficie de altura cero utilizada como referencia para

coordenadas verticales – geoide.

SISTEMAS DE

POSICIONAMIENTO SATELITAL

CLASE 1 11/11

SLR (Satellite Laser Ranging). Es un sistema de medida directa de distancias

por pulso laser a satélites provistos de prismas de reflexión total.

VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Es una técnica que permite calcular

con precisión centimétrica la distancia entre los centros radioeléctricos de dos o

más telescopios. Se observan cuásares extragalácticos en períodos

simultáneos, comparándose interferométricamente las señales recibidas.

DOPPLER . Se basa en la medición de la variación de distancias satélites

mediante la cuenta DOPPLER de la frecuencia de las señales recibidas.

GPS. (Global Positioning System). Es un sistema que puede trabajar con

medida directa de distancias, en sistema Doppler, o en medida de fase que

veremos en capítulos siguientes. A diferencia de los otros sistemas, este es un

sistema que tiene cobertura en cualquier parte del mundo y a cualquier hora, ya

sea por el día o por la noche.

SATELITES Y FORMA DE LA

TIERRA

• Problemas Globales y posicionamiento.

• Perturbaciones.

CLASE 2 1/21

Problemas Globales y

Posicionamiento

• Dinámica de vuelo (Attitude): El principal problema es tratar de definir con la mayor exactitud posible cual será la trayectoria del satélite en el desplazamiento por su orbita (PNAV).

• Este problema afecta principalmente a las componentes de aceleración de los cuerpos que circundan la tierra (Perturbaciones)

CLASE 2 2/21

Perturbaciones

CLASE 2 3/21

• Gravitacionales:

- Irregularidad en la forma de la Tierra.

- Efecto de las Mareas.

• No Gravitacionales:

- Presión de la Radiación Solar.

- Efectos Relativistas.

- Vientos Solares.

- Campos Magnéticos.

SISTEMAS GNSS

CLASE 2 4/21

• Reseña.

• Sistemas GNSS en Funcionamiento.

• Teoría y Aplicaciones GPS.

• Teoría y Aplicaciones de GLONASS.

• Sistemas GNSS Proyectados.

Reseña: Efecto Doppler

CLASE 2 5/21

•Efecto descubierto por Christian

Doppler, físico austriaco S. XIX.

•Afecta a la frecuencia de las

ondas electromagnéticas, las

frecuencia de radio y luz son

cambiadas si las fuentes de

emisión y de recepción están en

movimiento relativo.

•Aumenta la frecuencia si la fuente

y el observador se están moviendo

y aproximándose - Disminuye

cuando se están alejando entre sí.

Uso del Efecto Doppler

CLASE 2 6/21

•Este principio se usa para el posicionamiento satelital geodésico - equipos de

señalización electrónico producen el efecto doppler, lo que genera información

sobre la razón de recorrido.

•Velocidad de las ondas sonoras: 340 m/s aproximadamente.

Sistema TRANSIT

CLASE 2 7/21

•El Transit fue el primer sistema de navegación satelital y nació debido a

la curiosidad de los científicos del John Hopkins Physics Laboratory.

•Estos efectuaron un seguimiento por medio del Sputnik, primer satélite

artificial lanzado a fines de 1957.

•El sistema Transit consiste en tres componentes: el rastreador del

satélite, los satélites propiamente tales y los usuarios.

•Este sistema se compone de un grupo de seis satélites que orbitan la

tierra en trayectoria polar a una altura aproximada de 1000 Km.

•Tiene 4 estaciones de seguimiento: Hawai, California, Minnesotta y

Maine

Sistema ARGOS

CLASE 2 8/21

•Services Argos, 1978 - Es un proyecto cooperativo del French Centre National

d’ Etudes Spatiale (CNES), NASA, y la U.S. National Oceanic and Atmospheric

Administration (NOAA).

•En este sistema, los transmisores son operados por

los usuarios y los receptores están en los satélites.

•Un transmisor Argos periódicamente emite una señal

en 401.65 MHz, llevando información desde los

sensores de la plataforma.

•Estaciones de rastreo: Wallops Island, Virginia;

Gilmore Creek, Alaska; o Lannion, Francia.

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 9/21

• A partir de 1973 se comenzó el desarrollo de

lo que seria la actual constelación NAVSTAR.

- NAVigation Satellite Timming And Ranging

- Navegación por satélite con medición de

tiempo y distancia

Sistemas GNSS en Funcionamiento

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 10/21

• La evolución tecnológica ha puesto a disposición

de los profesionales y técnicos, el Sistema de

Posicionamiento Global – hoy GPS + GLONASS,

futuro GALILEO+GPS+GLONASS

• El sistema permite el cálculo de coordenadas

tridimensionales que pueden ser usadas en

navegación o ,mediante el uso de métodos

adecuados, para determinación de mediciones de

precisión.

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 11/21

• El sistema esta compuesto por tres

segmentos, estos son:

– El segmento Espacial

– El segmento de Control

– El segmento de Usuarios

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 12/21

• Segmento Espacial

– 24 satélites en la constelación

– 6 planos orbitales inclinados 55° respecto al Ecuador,

4 satélites por plano

– Órbitas a aproximadamente 20.200 Km. de altura

– Período de 12 horas (siderales)

– Peso aproximado de cada satélite, 0.7 toneladas

– Transmite datos en dos frecuencias, L1 y L2.

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 13/21

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 14/21

• Segmento de Control

– El segmento de control y monitoreo del sistema está compuesto por 5

estaciones, distribuidas por todo el globo, en las proximidades del

Ecuador.

– La función básica es rastrear las señales de todos los satélites, tomar

datos meteorológicos, y retransmitir estos al centro de control.

– El centro de control se encarga de la predicción orbital, el calculo de

correcciones de los relojes de los satélites, determinación de los

modelos ionosféricos e inyección de datos a los satélites, los que serán

transmitidos por los satélites y captados por las antenas de los

receptores GPS.

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 15/21

Sistema NAVSTAR

CLASE 2 16/21

• Segmento de Usuarios • Este segmento se refiere a los distintos tipos de receptores que

existen en el mercado y de los distintos usuarios del sistema. Con el paso del tiempo nuevas aplicaciones se han encontrado al sistema. Se necesita, por lo tanto, diseñar y desarrollar equipos con ciertas características para adaptarse a las distintas necesidades de los usuarios.

– TIPOS DE RECEPTORES: El tipo de receptor a usar dependerá del tipo de observaciones y de la disponibilidad de códigos. de acuerdo a sus características:

– Código C/A

– Código C/A + fase portadora L1

– Código C/A + fase portadora L1 + fase portadora L2

– Código C/A + código P + fases portadoras L1, L2.

Sistema GLONASS

CLASE 2 17/21

•A principios de los 70, como respuesta al desarrollo

del sistema GPS (NAVSTAR), el antiguo Ministro de

Defensa Soviético desarrolló el Sistema Global de

Navegación por Satélite (GLONASS).

•En el año 1993, oficialmente el Gobierno Ruso

colocó el Programa GLONASS en manos de

Fuerzas Espaciales Militares Rusas (RSF) su

mantenimiento, puesta en órbita y certificación a los

usuarios.

•Este organismo opera en colaboración con el CSIC

(Coordination Scientific Information Center), el cual

publica la información sobre GLONASS.

Sistema GLONASS: Tipos de

Receptores

CLASE 2 18/21

•Monofrecuencia: Reciben las observables de código y fase de la

portadora L1. La precisión de estos instrumentos ya es significativa,

y son de aplicación topográfica y geodésica en pequeñas distancias

(hasta 100 km).

•Bifrecuencia: Reciben las observables de código y fase de las

portadoras L1 y L2. La precisión y el rendimiento son mucho

mayores debido a la posibilidad de combinar datos y formar en post-

proceso combinaciones observables que agilizan el cálculo y

eliminan los errores de retardo atmosférico. Están indicados para

trabajos de precisión y allí donde el rendimiento y los buenos

resultados requeridos sean máximos.

Sistema GLONASS: Sector Control

CLASE 2 19/21

•El Sector de Control está formado por un sistema Central de Control

(SCC) en la región de Moscú ( Golitsyno-2) y una red de estaciones de

seguimiento y control ( Command Tracking Stations, CTS), emplazadas

por todo el área alrededor de Rusia.

•Las estaciones de control (CTSs) realizan el seguimiento de los satélites

y almacenan los datos de distancias y telemetría a partir de las señales

de los satélites.

•La información obtenida en las CTSs es procesada en el Sistema

Central de Control (SCC) para determinar los estados de las órbitas y

relojes de los satélites, y para actualizar el mensaje de navegación de

cada satélite.

Sistema GLONASS:

Sector Espacial

CLASE 2 20/21

•El sector espacial está formado por la constelación

de satélites, la cual se compone de 24 satélites en

tres planos orbitales.

•Los planos son de 64.8° respecto del Ecuador.

•Los Satélites GLONASS se encuentran a una

distancia aproximada de 19100 Km y se sitúan en

órbitas casi circulares con semi-eje mayor de

aproximadamente 25510 Km, siendo el periodo

orbital de 11 horas y 15 minutos.

Sistemas GNSS Proyectados:

Teoría GALILEO

CLASE 2 21/21

• GALILEO es un sistema completamente independiente de GPS, pero totalmente compatible e interoperable con el.

• Este sistema fue propuesto por la Unión Europea con el apoyo de la agencia espacial europea y un grupo de inversionistas privados.

• Con un costo aproximado a los 3 billones de euros se esperaba que estuviese en una fase completamente operacional para el año 2008.

• Los objetivos principales son dotar a Europa de una infraestructura global para servicios de localización complementando a las ya existentes GPS y GLONASS.

• Como segundo objetivo se plantea como creación de un sistema mundial de navegación por satélite que elimine la dependencia del sistema norteamericano en términos estratégicos y comerciales.

GNSS EN MODO GEODÉSICO

• Definición del Modo Geodésico.

• Determinación de las Coordenadas

Geodésicas.

• Georreferenciación Absoluta y Relativa.

CLASE 3 1/26


• Definición del Modo Geodésico:

El objetivo es calcular las coordenadas del

observador (receptor GPS), referidas a un

sistema global, a partir de las mediciones

efectuadas entre el receptor y los satélites GPS

que tienen coordenadas conocidas a lo largo del

tiempo.

CLASE 3 2/26


• Determinación de las Coordenadas

Geodésicas:

Como se esbozo en la introducción, es posible determinar las coordenadas

geodésicas de un punto en base a las aproximaciones que se realizan a la

superficie de la tierra. Este tipo de aproximaciones son superficies

matemáticas conocidas como elipsoides.

CLASE 3 3/26

Esto se consigue mediante la resolución de las ecuaciones generadas

a partir de la información entregada por cada satélite a los receptores

CLASE 3 4/26


• Georeferenciación Absoluta:

Se realiza con un único receptor, y consiste en la solución de una intersección directa de todas las distancias receptor-satélite sobre el lugar de estación en un período de observación dado. La medida y la solución sor por lo tanto directas.

Para resolver un posicionamiento absoluto es necesario recibir la información de al menos cuatro satélites, ya que cada uno de ellos proporciona una ecuación al sistema y nuestras incógnitas son cuatro (X,Y,Z y estado del reloj del receptor).

CLASE 3 5/26

GNSS EN MODO GEODÉSICO • Georeferenciación Relativa Diferencial:

El posicionamiento diferencial consiste en hallar la posición absoluta de un

punto (móvil, objetivo, etc.) mediante las observaciones realizadas desde ese punto a unos determinados satélites, sumadas a las realizadas en ese mismo instante desde otro punto (referencia) a esos mismos satélites.

Por lo tanto, aquí aparece el concepto de línea base, que es la línea recta que une el punto de referencia y el punto objetivo.

Esta línea base, no es medida de forma directa, ya que nuestras observaciones son sobre los satélites y no entre los puntos.

CLASE 3 6/26

GNSS EN MODO GEODÉSICO • Sistemas de Referencia Satelitales:

Un sistema de referencia geodésico es un recurso matemático que permite asignar coordenadas a puntos sobre la superficie terrestre.

El mas utilizado por nuestras entidades es el WGS-84, que junto con ser un sistema geocéntrico fijo a la tierra también se le considera un elipsoide y un modelo gravitacional.

Este es el sistema utilizado para la difusión de las efemérides radiodifundidas por los satélites GPS.

CLASE 3 7/26


CLASE 3 8/26

– El vector “a” representa las coordenadas

incognitas (X,Y,Z)R del receptor, obtenidas a

partir de las coordenadas dadas (x,y,z)S del

satelite (representadas por el vector “c”) y del

vector receptor–satélite (representado por el

vector “b”).

– La solución a lo anterior será posible cuando

se mida la magnitud del vector “b” a varios

satelites, o sea, el problema práctico se

resume en medir las distancias receptor-

satélite y de esa manera es posible calcular

las coordenadas (X, Y, Z)R del receptor

TEORIA DE LA SEÑAL

CLASE 3 9/26

P= periodo (seg.)

l = longitud de onda (m)

f= frecuencia circular (ciclos: s-

1* )

c= velocidad de la luz (m/s)

RO= Dist. Teor.

TEORIA DE LA SEÑAL:

Espectro Electromagnético

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/EM_Spectrum_Properties_es.svg


Segmento K, L, X, P

CLASE 3 11/26

Banda L: la banda L es una radiofrecuencia de las microondas IEEE US,

que usa las frecuencias de 1.2 a 2.7 GHz app. Es la banda en la que se

transmite la señal desde los satélites GPS. Además se utiliza en

transmisiones de radio digitales.

Banda K: la banda K esta definida por el IEEE como un segmento del

espectro electromagnético en el rango de las frecuencias de microondas

comprendidas entre los 18 y los 27 GHz.

Banda X: La banda X es utilizada habitualmente para realizar

transmisiones por satélites. El estándar para la banda de bajada va de los

7.25 a los 7.75 GHz, mientras que para enviar datos a los satélites va de

7.9 a los 8.4 GHz.

Banda P: va de los 0.25 a los 0.5 GHz. Y era la banda por la que

transmitían los primeros satélites.


Propiedades de las OEM

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Las 2 Principales propiedades de las OEM son que:

No requiere de un medio para viajar, por ende lo puede hacer en el vacio.

Viaja a la velocidad de la luz.

Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas

• Código PseudoAleatorios

• El código que se quiere detectar superará un determinado umbral.

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• Códigos PseudoAleatorios • Estos códigos están formados por una serie impar de n

bits con una duración de T segundos.

a0,a1,a2,...,an-1 con ai=±1

– Su espectro es similar al ruido (tienen componentes

frecuenciales en todo el rango de frecuencias).

– Cada uno de estos códigos pseudo aleatorios se asigna a cada

uno de los satélites. El receptor, para separar la señal de un

satélite del resto, correlaciona las series recibidas con el código

que desea detectar.

CLASE 3 14/26


• Código Pseudo aleatorios.

- Es muy importante que el receptor y el satélite estén

sincronizados para que la correlación comience cuando

llega la señal procedente del satélite.

CLASE 3 15/26


• Código Pseudo aleatorios.

-Los códigos deben tener una buena función de auto correlación:

• Para t=0 debe haber un pico lo más acusado posible (el

código será mejor cuanto más largo).

• El nivel de los lóbulos secundarios debe ser bajo (el código

será mejor cuanto más aleatorio sea).

CLASE 3 16/26


• El sistema NAVSTAR-GPS emplea dos tipos de códigos, a saber:

– Código C/A (Clear/Adquisition): empleado para navegación de

baja precisión (uso civil).

– Código P: empleado para navegación de alta precisión (uso

militar).

CLASE 3 17/26


• Código C/A

– Para obtenerlo se multiplica la salida de dos códigos de 1023

bits.

– La frecuencia de reloj que se emplea es de 1,023 MHz.

• Si T es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/1.023 s).

• El tiempo de duración del código es:

• La distancia equivalente a la duración de un bit es

CLASE 3 18/26


• Código P

– Para obtenerlo se multiplica la salida de dos códigos (P1,P2)

– La frecuencia de reloj que se emplea es de 10.23 MHz

– La longitud de los dos códigos que se multiplican para obtener el

código P es de:

• P1: 15345000 bits

• P2: 15345034 bits

• Si T es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/10.23 s)

• La distancia equivalente a la duración de un BIT es

CLASE 3 19/26


• La precisión en la medida del retardo está asociada con

el tiempo de duración de 1 BIT. Si se ha estimado que la

precisión media del retardo es de 1% aproximadamente,

entonces el error instrumental en el cálculo de las

pseudo distancias es:

– Códigos C/A : 3 m

– Códigos P : 0.3 m

CLASE 3 20/26


• Fase Portadora

– La operación en la geodesia satelital esta basda en la transmisión de datos desde el satélite hasta el usuario mediante ondas electromagnéticas

– Propiedades Básicas de las Ondas Electromagnéticas

– f= frecuencia circular (ciclos: s-1* )

– P= periodo (seg.)

– l = longitud de onda (m)

– c= velocidad de la luz (m/s)

CLASE 3 21/26


• Fase Portadora

– La instantánea de la frecuencia circular f, es definida también por la derivada de la fase j con respecto al tiempo.

– La fase resultante, asumiendo que la frecuencia es constante y que la fase de inicio es cero en t0

– La fase de onda portadora (j) es la diferencia entre la fase de la señal js(T) recibido en el receptor y la fase j(t) generada en el receptor en un mismo instante. A la fase observada se le denomina frecuencia de batimiento y está dada por:

CLASE 3 22/26

Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas – Modulación

• Las ondas portadoras están diseñadas para llevar los códigos binarios C/A y P en un proceso conocido como modulación. Modulación significa que los códigos están superpuestos sobre la onda portadora. Los códigos son códigos binarios. Esto significa que sólo pueden tener dos valores -1 y +1. Cada vez que el valor cambia, hay un cambio en la fase de la portadora.

– ¿Por qué se utiliza?

• Se utiliza la fase portadora porque esta puede proporcionar una medida hacia el satélite mucho más precisa que la que se consigue utilizando el código C/A o el código P. La onda portadora de L1 tiene una longitud de 19.4cm. Si se pudiera medir el número de longitudes de onda (completas y fraccionarias) que existen entre el satélite y el receptor, se obtendría una distancia muy precisa al satélite

CLASE 3 23/26


CLASE 3 24/26

Posicionamiento Satelital

Diagrama de bloques del generador de la señal GPS

CLASE 3 25/26

Posicionamiento Satelital

Estructura de las Señales Transmitidas

CLASE 3 26/26

ALGORITMO DE SOLUCION PARA

EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D • Determinación de las Coordenadas Geodésicas:

CLASE 4 1/27

Si se sabe que un satélite determinado se encuentra a 20200 Km., se estará situado dentro de la superficie de una esfera de ese radio.

Si se dispone de dos satélites, nos encontramos dentro de la sección entre las dos esferas.

Si se dispone de un tercer satélite, la posición estará determinada por la intersección de la tercera esfera con la circunferencia.

• El código de pseudo distancia para un tiempo “t” puede ser modelado

SI

Entonces

Donde

SD es la medida del código de la pseudo distancia entre el sitio observado “r” y el satélite “s”

es la distancia geométrica entre el satélite y el punto observado

c velocidad de la luz

desviación de los relojes

CLASE 4 2/27


EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D

CLASE 4 3/27



• Examinando la ecuación

• La coordenada del punto a determinar está implícita en la distancia , la que puede ser escrita de la forma explicita:

Donde

son las componentes de la posición vectorial geocéntrica del satélite en un Tiempo “t”

son las coordenadas incógnitas del sitio observado

CLASE 4 4/27



– Coordenadas del satélite –CONOCIDAS-

– Corrección al reloj del satélite –CONOCIDA-

– Pseudo distancia –CONOCIDA-

CLASE 4 5/27



CLASE 4 6/27



• Configuración Básica LD para SD

– Es definida como la condición de que el numero de observaciones debe ser igual o mayor al numero de incógnitas (donde las posible situaciones de deficiencia no son consideradas). El numero de observaciones es ns y nt. Donde

– ns numero de satélites y

– nt numero de época (t)

– Para el posicionamiento de un punto estático, las tres coordenadas del sitio observado y la desviación del reloj del receptor para cada tiempo de observación son desconocidas. Entonces el numero de incógnitas son 3+nt

• Para ns=4, solución nt>1

Esta solución refleja el

posicionamiento

instantáneo del GPS

CLASE 4 7/27



• Modelo de la distancia por fase – La Pseudo distancia puede ser también modelada por la medida de la fase portadora, el

modelo matemático para está medida es:

– Donde

• El la medida de la fase portadora medida en ciclos

• Es la longitud de onda

• Es la misma que la del modelo de rango por código

• Numero entero, o también llamado ambigüedad del entero

• Frecuencia de la señal

• desviación del reloj

CLASE 4 8/27



CLASE 4 9/27

• Modelo de la distancia por fase

Si

Entonces



CLASE 4 10/27

• Configuración Básica para distancia por fase

- Usando la misma configuración de antes, el numero de observaciones de nuevo

son ns y nt. El numero de incógnitas, sin embargo, el numero de ns ha aumentado debido a la ambigüedad.

Para posicionamiento estático:

Para ns=5, solución nt>2

La solución para una época “t”

No existe para posicionar un

punto con la fase portadora



CLASE 4 11/27

• Posicionamiento Diferencial – El posicionamiento con GPS diferencial, abreviado DGPS, es

una técnica donde dos o más receptores son usados. Un receptor es colocado en un sitio referido “A” con coordenadas conocidas y el receptor remoto “B” usualmente está en movimiento.

– La referencia o estación base calcula las correcciones a la Pseudo distancia (PRC) y los rangos de corrección a la distancia (RRC), que son transmitidas a la estación remota en tiempo casi real.

– El receptor remoto aplica las correcciones a la pseudo distancia medida y perfecciona el posicionamiento del punto con la pseudo distancia corregida



CLASE 4 12/27

• DGPS con código de distancia – El código de distancia de una estación base “A” medida en un

tiempo “t”, es modelada por:

• Donde La distancia geométrica se conoce



CLASE 4 13/27

• DGPS con código de distancia – El código de distancia para la estación remota “B”, medida en un

tiempo “t”, puede ser modelada analógicamente por:

Aplicando la corrección

a la distancia

• Donde – El error por reloj del

satélite desaparece.

– Para distancias moderadas

de la base línea, el error de la

orbita radial en la base y en la

estación remota, es equivalente.



CLASE 4 14/27

• DGPS con código de distancia



CLASE 4 15/27

• DGPS con Fase Portadora

La pseudo distancia derivada de la medida desde la fase

portadora a la estación base en un tiempo “t”, puede ser

modelada por fase portadora



CLASE 4 16/27

• DGPS con Fase Portadora (the last one.........)



MÉTODOS DE

GEORREFERENCIACIÓN

GEODÉSICO

• Método Estático.

• Método Dinámico K.

• Modo RTK.

CLASE 4 17/27

MÉTODOS DE

GEORREFERENCIACIÓN

GEODÉSICO

CLASE 4 18/27

19/27 Posicionamiento Absoluto

20/27 Posicionamiento Diferencial

21/27 Método Estático

• Este método de posicionamiento consiste en el estacionamiento de

receptores que no varían su posición durante la etapa de observación. La

referencia puede establecerse en cualquiera de ellos y la precisión será

función del tiempo de observación, de la geometría y del instrumental

utilizado.

- Métodos Dinámicos • Este método constituye una solución eficaz al inconveniente de los

posicionamientos estáticos que requerían períodos de observación

prolongados. Esta indicado para el tratamiento de observables de

diferencia de fase.

22/27 Modo RTK

• El procesamiento de estas observaciones puede ser realizado con un software post-proceso, previa inserción de los datos de observación necesarios, ya sea en campo o en gabinete.

• El trabajo en tiempo real no es un método de posicionamiento por satélite, sino que es una forma de obtener los resultados una vez procesadas las observaciones.

• Ahora bien, este cálculo puede ser realizado de forma inmediata a la recepción de las observaciones y ser efectuado por la unidad de control, obteniendo las coordenadas en el instante, es decir, en tiempo real.

HARDWARE EN TERRENO

• Georeceptores, Tipos, Modelos y

Aplicaciones.

CLASE 4 23/27

- Georeceptores: Tipos y

Modelos 1º NAVEGADORES:

Solo reciben datos de código C/A por la portadora L1. Los equipos para navegación son receptores GPS muy sencillos y de bajo precio. Son equipos que funcionan autónomamente, no necesitan descargar datos para conseguir la precisión menor de los 100 m.

2º GPS SUBMETRICOS:

Son receptores GPS con recepción de las mismas observables que los anteriores. L1 solo código C/A.

La gran diferencia con los anteriores es que ya trabajan diferencialmente, es decir, un equipo de referencia, grabando datos continuamente y el equipo móvil tomando los puntos que deseemos levantar ya sea de modo estático o bien cinemático.

CLASE 4 24/27

- Georeceptores: Tipos y

Modelos 3º GPS MONOFRECUENCIA DE CODIGO Y FASE:

Estos receptores al igual que los anteriores toman todas sus observables de la portadora L1, pero con la diferencia de que además de tomar medidas de código C/A también realizan medida de fase. También trabajan en modo diferencial, es decir, se necesitan dos receptores tomando medidas simultáneamente, referencia y móvil.

4º GPS DOBLE FRECUENCIA:

Los posicionamientos posibles con estos equipos son: Estático, Estático Rápido, Stop&Go, Cinemático y KOF como métodos de postproceso y además la posibilidad de realizar todos éstos en Tiempo Real. La principal ventaja con respecto a los equipos monofrecuencia con medida de fase es un aumento en la precisión hasta 5mm+1ppm y sobre todo una enorme disminución en los tiempos de observación.

CLASE 4 25/27

- Georeceptores: Aplicaciones

CLASE 4 26/27

- Georeceptores: Aplicaciones

• APLICACIONES TERRESTRES • Levantamientos y Geodesia.

• Transportes y Comunicaciones.

• APLICACIONES MARÍTIMAS • Levantamientos y Geodesia.

• Transporte y Ciencias Marítimas.

• APLICACIONES AEREAS • Levantamientos y Geodesia.

• Transportes.

• APLICACIONES ESPACIALES

• APLICACIONES RECREACIONALES

• APLICACIONES MILITARES

CLASE 4 27/27

GALILEO

CLASE 5 1/8

•GALILEO es la iniciativa europea surgida para desarrollar un Sistema Global

de Navegación por Satélite, de titularidad civil, que proporcione a Europa

independencia respecto a los sistemas actuales: GPS y GLONASS.

•El funcionamiento de GALILEO es similar al de sus

competidores; todo se basa en una constelación de

satélites que en pocas horas dan la vuelta al

mundo.

•El corazón del sistema lo constituyen los relojes

atómicos, de extremada precisión, que van a bordo

de los satélites y que proporcionan una referencia

de tiempo precisa para que el receptor mida el

tiempo que tarda la señal en llegar desde el satélite

(en 1 segundo recorren 300.000.000 metros).

Sistema GALILEO: Componente Global La componente global del sistema GALILEO estará formada por el segmento espacio,

(constelación de satélites), y el segmento terreno asociado a la constelación.

CLASE 5 2/8

Sistema GALILEO: Segmento Espacio

•Constelación de satélites: 24 satélites en órbitas de media altura y 8

satélites geoestacionarios - Constelación MEO (órbita media terrestre)

•Los planos orbitales cuentan con una inclinación de 56º, (órbitas

directas). Esta alta inclinación permitirá una cobertura de muy buena

calidad en latitudes extremas, (hasta 75º).

•Las órbitas de todos los satélites

serán circulares de 23.600 Kms de

altura sobre la superficie terrestre,

(semieje mayor de 29.900 Km y

periodos orbitales ligeramente

superiores a las 14 horas).

CLASE 5 3/8

Sistema GALILEO: Segmento Terreno

•Gestionar la constelación de los satélites y controlar los principales

parámetros de navegación: determinación orbital de los satélites y

sincronización de los relojes.

•Determinar y difundir, mediante los propios satélites de la constelación,

los datos de integridad, es decir, los avisos de alerta de mal

funcionamiento del sistema dentro de los intervalos de tiempos de aviso

requeridos.

•Proveer los interfaces necesarios tanto con los centros de servicios que

proporcionan servicios comerciales, como con el segmento terreno del

Sistema COSPAS-SARSAT que proporciona servicio de Búsqueda y

Salvamento.

CLASE 5 4/8

Sistema GALILEO: Componentes

CLASE 5 5/8

Sistema GALILEO: Servicios

CLASE 5 6/8

HARDWARE INTEROPERABLE

• Se entiende al sistema GALILEO como un sistema de hardware interoperable o compatible, porque un receptor Galileo podrá utilizar simultaneamente las señales recibidas tanto de satélites Galileo como de satélites de la constelación GPS. La compatibilidad de radio frecuencias es esencial para hacer que los sistemas actuales GPS, GLONASS y GALILEO sean interoperables entre si.

CLASE 5 7/8

MEDICION GPS EN TERRENO

CLASE 6

Programación Set Up Inicialización Metodologías

POST-PROCESO Y MANEJO DE

DATOS

CLASE 6

Bajada de Datos

Procesamiento Preliminar

Procesamiento de Líneas Base

Ajuste de Líneas Base

PROYECCIONES Y

APLICACIONES

CLASE 7 8/8

GEOMATICA

Sistema de posicionamiento global GPS

Technology

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