Carlos Querales

C.I.: 13.991.578

DISEÑO DE UN SISTEMA GPS DIFERENCIAL PARA LA TRANSMISION DE DATOS DISMINUYENDO EL MARGEN DE ERROR

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD FERMÍN TORO

CABUDARE, EDO. LARA

INTRODUCCIÓNExisten numerosos sistemas de navegación, los cuales tienencomo principal funcionalidad la de proporcionar al usuario laposición en la que él se encuentra. Uno de estos sistemas denavegación es el “Global Positioning System”, conocido comoGPS. Creado por el Departamento de Defensa de EEUU en1973, y completamente operacional en 1994, el sistema G.P.S. essin lugar a duda el más utilizado globalmente.

El sistema G.P.S. está disponible tanto para uso militar como parauso civil. Por motivos de seguridad, la precisión que ofrece elsistema a nivel civil es mucho menor comparada con la que puedeofrecer para aplicaciones militares. Es por esa razón que senecesita crear un sistema que mejore esa calidad y/o ese margende error en el uso civil . Esto mediante el desarrollo de métodosauxiliares que mejoren su exactitud.

Uno de los cuales es el Differential GPS (DGPS) o GPSdiferencial, el cual se basa en el principio de que si dos receptoresestán próximos geográficamente, entonces ambos experimentan elmismo error.

Mediante una red de estaciones fijas y en posiciones conocidas, secalcula la diferencia entre la posición que proporcionan lossatélites y la posición real

CONTEXTUALIZACIÓN Y PLANTEAMIENTO

DEL PROBLEMA

CONTEXTUALIZACIÓN

Los GPS móviles actuales no nos

permiten tener la exactitud o

precisión requerida para la

información que buscamos, la

idea es mejorar el margen de

error.

PLANTEAMIENTO

Las necesidades de

implementación de un sistema de

ubicación han venido aumentando

estrepitosamente en los últimos

años, y con ello mejorar la

necesidad de exactitud. Una

manera de mejorar la precisión del

sistema de posicionamiento es

utilizando la tecnología del G.P.S.

diferencial.

SITUACIÓN

ACTUAL Un gran número de aplicaciones van requiriendo niveles

más precisos, ya que en un área de cinco metros a la

redonda (error promedio de un módulo de G.P.S.), se

pueden encontrar una infinidad de posibles lugares

distintos al que se está buscando. Esto puede suceder en

fuentes minerales subterráneas, o excavaciones

arqueológicas, asimismo otras de las aplicaciones para

mejorar el GPS es utilizado en sistemas de navegación de

alta precisión como pueden ser navegaciones aéreas,

incluso maniobras de aterrizaje y/o despegue asistidos, y

muchas otras aplicaciones, para las cuales la ubicación no

sirve de mucho, si la misma no se da con una alta

precisión. Por otro lado, El G.P.S. (Global Positioning

System) es el sistema de posicionamiento más utilizado en

la actualidad. Una manera de mejorar la precisión del

sistema de posicionamiento es utilizando la tecnología del

G.P.S. diferencial.

OBJETIVO GENERAL Y ESPECÍFICO

GENERAL

Desarrollar un sistema de

posicionamiento global (G.P.S.)

basado en terminales

móviles, utilizando técnicas de

corrección diferencial

(D.G.P.S.), que permita obtener

datos de ubicación con una mayor

precisión a la del receptor

G.P.S.comercial.

ESPECÍFICOSa) Recopilar datos del funcionamiento

del equipo G.P.S. viendo que afecta.

b) Estudiar los datos recopilados para

resultados estadísticos.

c) Construir un sistema que permita la

comunicación y sincronización de los

equipos involucrados.

d) Construir un sistema que permita

corregir los errores estudiados.

JUSTIFICACIÓN

El sistema de posicionamiento global G.P.S es una tecnología que

fue desarrollada en los años 70, pero la tecnología avanza día a

día y su precisión se hace su punto menos fuerte.

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓNEl lanzamiento del satélite espacial estadounidense Vanguard en 1959 puso de manifiestoque la transmisión de señales de radio desde el espacio podría servir para orientarnos ysituarnos en la superficie terrestre o, a la inversa, localizar un punto cualquiera en la TierraLos sistemas anteriores de posicionamiento que empleaban estaciones terrestres de A.M.(Amplitud Modulada) cubrían un área mayor que los de UHF (Frecuencias ultracortas), perono podían determinar con exactitud una posición debido a las interferencias atmosféricas.

Por tanto, la única forma de solucionar este problema era colocando transmisores de radioen el espacio cósmico que emitieran constantemente señales codificadas en dirección a laTierra Sin embargo, no fue hasta 1993 que el Departamento de Defensa de los EstadosUnidos de América, basado en la experiencia recogida del satélite Vanguard (en unprincipio para uso exclusivamente militar) puso en funcionamiento un sistema delocalización por satélite conocido por las siglas en inglés GPS (Global Positioning System –Sistema de Posicionamiento Global) En sus inicios el propio Departamento de Defensaprogramó errores de cálculo codificados en las transmisiones de los satélites GPS paralimitarlo solamente a la actividad militar que sí contaba con decodificadores para interpretarcorrectamente las señales, pero a partir de mayo de 2000 esta práctica quedó cancelada yhoy en día el sistema GPS se utiliza ampliamente en muchas actividades de la vidacivil, aunque no está exento de ser reprogramado de nuevo en caso de cualquier conflictobélico.

La primera prueba exitosa del sistema GPS desde el punto de vista práctico comoinstrumento de ayuda a la navegación, la realizó el trasbordador espacial Discovery en elpropio año que se puso en funcionamiento el sistema.

BASES LEGALES

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela

La necesidad de continuar el desarrollo económico, social y político del país, establecido en laConstitución de la República Bolivariana, exige diferentes esfuerzos, entre ellos el esfuerzolegislativo que permita al marco jurídico adecuarse a una realidad cambiante, lo que esespecialmente necesario en el ámbito de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación, tal como seexpresa en el Artículo 110.

Ley de Ciencia, Tecnología e Innovación

Artículo 1. La presente Ley tiene por objeto desarrollar los principios orientadores que en materia de ciencia, tecnología e innovación y sus aplicaciones, establece la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela………..

Ley Orgánica de Telecomunicaciones

Artículo 1: Esta Ley tiene por objeto establecer el marco legal de regulación general de las telecomunicaciones, a fin de garantizar el derecho humano de las personas a la comunicación y a la realización de las actividades económicas de telecomunicaciones necesarias para lograrlo, sin más limitaciones que las derivadas de la Constitución y las leyes……..

El capitulo IV de la Ley Orgánica de Telecomunicaciones en sus artículos del 119 al 125 trata acerca del uso satelital.

MARCO TEÓRICO

Conocido por sus siglas en español como Sistema de PosicionamientoGlobal, es, como su nombre lo indica, un sistema de ubicación geográficabasado en tecnología satelital. La técnica fundamental del G.P.S. es lamedición de las distancias entre el receptor y algunos satélites que tenganvisión directa a éste. Las posiciones de los satélites son transmitidas junto conla señal G.P.S. al usuario. A través de unas posiciones conocidas (de lossatélites) y medidas entre el satélite y el receptor, la posición del receptorpuede ser determinada. El cambio de posición, el cual también puede serdeterminado, se traduce en la velocidad instantánea a la que está viajando elreceptor. Los satélites G.P.S. son monitoreados por cinco estaciones base.La estación principal está ubicada en Colorado Springs, Colorado; las otrascuatro estaciones están ubicadas en Ascension Island (OcéanoAtlántico), Diego García (Océano Indico), Kwajalein y Hawái (Estas dos últimasen el Océano Pacifico). Cada satélite G.P.S. transmite data en tres bandas defrecuencia distintas.

También las bases teóricas están contenidas dentro de los siguientes puntos:

• Arquitectura del Diseño de GPS.

• Señal GPS.

• Errores del sistema GPS.

• Differential GPS.

• Incremento en la precisión del sistema GPS civil.

• Sistemas de comunicación aplicado en D.G.P.S.

• Wi- Fi (Wireless Fidelity).

• Bluetooth.

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLESVARIABLE NOMINAL

SISTEMA DE GPS DIFERENCIAL

Los sistemas de D.G.P.S. sonimplementados para más de unmódulo usuario, y que éstos noreciben información de losusuarios en ningún momento, sutransmisión se lleva a caboexactamente de la misma maneraque las transmisiones de lossatélites, utilizando lamultidifusión.

La principal condición técnicapara que un sistema diferencialpueda funcionar, es que elmódulo usuario tiene que estarapto para recibir no solamente losdatos que envían los módulosespaciales, sino también aquellosque envía el segmento dereferencia, es decir, tiene quetener habilitados al menos doscanales diferentes de transmisión.

:

VARIABLE REAL

Señal GPS

Diferencial GPS

• Transmisión de la señal GPS.

• Contenido de la señal GPS.

• Errores de la señal GPS.

• Incremento en la precisión del GPS

civil.

• Errores involucrados en corrección

D.G.P.S.

• Tipos de implementaciones de

D.G.P.S.

• D.G.P.S en tiempo real.

• Sistemas de comunicación aplicados

en D.G.P.S.

VARIABLE OPERACIONAL

ETAPA DE DOCUMENTACIÓN ETAPA DE ESTUDIO Y DISEÑO

ORIENTACIÓN METODOLÓGICA

Esta etapa comprende un extenso

estudio de la tecnología

G.P.S., desde los conceptos más

básicos hasta las diferentes

técnicas existentes de corrección de

errores en el sistema de ubicación.

Esta etapa se basa en la toma de

muestras de los distintos

comportamientos que puede presentar

el sistema G.P.S así como también la

investigación de mercado en búsqueda

de los dispositivos que mejor se

adapten a las propuestas de

arquitectura del sistema que se tienen.

ETAPA DE IMPLEMENTACIÓN ETAPA DE PRUEBAS

Comprende toda la implementación

del diseño anteriormente

realizado., es decir, la programación

de software del equipo de

procesamiento de los datos.

Durante la implementación del diseño

se deben realizar pruebas específicas

de los distintos módulos que componen

el sistema. Al final de la tercera etapa,

las pruebas son mucho más

importantes, ya que son las que dictan

la verdadera eficiencia del producto.

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN

Este estudio se realizó para conseguir un margen de error muchísimo menor casiirrisorio en el uso del GPS. Es decir, El GPS Diferencial consigue eliminar lamayoría de los errores naturales y causados por el usuario que se infiltran en lasmediciones normales con el GPS. Estos errores son pequeños, pero paraconseguir el nivel de precisión requerido por algunos trabajos de posicionamientoes necesario minimizar todos los errores por pequeños que sean.

FUENTE DE INFORMACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO

El estudio teórico estuvo fundamentalmente sentado sobre las bases de las

teorías del Sistema de Posicionamiento Global este estudio se comprendió en tres

aspectos fundamentales. El primero fue su arquitectura; todos los elementos que

constituyen este método. En segundo lugar se dispuso a comprender el

funcionamiento del sistema. Una vez entendidos los conceptos relacionados con

la operación del sistema, surgió el tercer eje de esta investigación que fue el

error, sus diferentes causas y las variadas consecuencias que pudiera éste tener.

POBLACIÓN Y MUESTRA, Y ANALISIS DE LA

INFORMACIÓNPOBLACIÓN Y MUESTRA

En primer lugar se determinó el dispositivo móvil a

utilizar. Como características fundamentales

estaban: el tener un módulo G.P.S. para obtener la

localización, la capacidad que ofrecía el dispositivo

para la manipulación de los datos, y el estar dotado

de una interfaz que permitiera la transmisión de la

información posicional al procesador de datos de

manera inalámbrica. A partir de éste punto, con un

módulo definido, se realizaron una serie de pruebas

del Sistema de Posicionamiento Global, con el fin de

encontrar los márgenes de error prácticos que el

sistema ofrecía con estos equipos de S.O. Android

que se eligieron anteriormente. Se plasmaron todos

estos resultados sobre una tabla comparativa y se

procedió a sacar conclusiones. Luego de esto, se

hizo una toma de posiciones G.P.S. de coordenadas

reales conocidas, y escenarios diferentes.

Después de realizadas todas estas pruebas sobre el

Sistema de

Posicionamiento Global, y los dispositivos utilizados,

se procedió a trabajar sobre el diseño del sistema

que se proyectaba implementar. Se eligió una

computadora como dispositivo de procesamiento de

procesamiento de datos, ya que cumplía con todas

las necesidades para la realizar la corrección de

errores y facilitaba la escalabilidad, de ser requerida

Transmisión de la señal GPS. El último reto

enfrentado en esta fase de diseño era el de la

sincronización, se necesitaba cerciorarse que entre

las múltiples tramas que arribaban al procesador de

datos, se estuvieran corrigiendo aquéllas que se

correspondían. Una vez finalizado el esquema de

todos los componentes que constituyen el sistema,

y consistió en la creación y programación de todo el

código que haría que todos los dispositivos se

comportaran de la manera deseada.

ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

CONCLUSIONES

El sistema G.P.S., como sistema de ubicación y asistencia endesplazamiento, gracias a los mapas asistidos por coordenadas que han sidocreados, ha significado una gran ayuda en muchos campos de trabajo queconstituyen nuestra sociedad. El propósito de realizar una corrección sobre estesistema significa una asistencia extra para trabajos que verdaderamente necesitande este tipo de correcciones, y un nivel más alto de exactitud del que el sistema perse puede ofrecer.

A partir de esto, se puede amplificar aun más el campo de uso del sistema G.P.S., yhacer de éste un sistema aun más popular. Durante el desarrollo de este proyecto seha notado como el deterioro de la señal gracias a distintos obstáculos que sepueden encontrar en la línea de vista entre los satélites y los receptores puedencausar un aumento considerable del error, como se ha establecido en estudiosanteriores.. Resulta de suma importancia destacar que el sistema desarrollado sólocorrige errores propios el sistema G.P.S. y no aquéllos originados por factoresexternos como lo son el hardware, las pérdidas, interferencias, entre otros. Haytener en cuenta este factor a la hora de emplear este sistema.

Por lo antes mencionado, este sistema está orientado para ser usado en zonasabiertas, en donde se pueda garantizar la igualdad entre el error que afecta alterminal móvil y al terminal de referencia. Se recomienda entonces que al menos elterminal de referencia esté colocado en una zona abierta, de manera que tengauna medición

RECOMENDACIONES

La recomendación para futuros trabajos sobre este proyecto, de aumentar el rango decobertura del sistema a través de la red GSM de alguna operadora de telefoníamóvil, va de la mano con el desarrollo del código para disponer de selectividad, y asíevitar el deterioro de la corrección diferencial.

En cuanto al desarrollo de los distintos programas que componen este sistema decorrección se ha hecho notar la ventaja que tiene utilizar un lenguaje de programaciónaltamente usado, debido a la cantidad de referencias y documentación que se puedeconseguir de estos. Esto se puede tomar en este proyecto como un gran acierto, elhecho de haber seleccionado un lenguaje de programación abierto y popular como loes Android (basado en JAVA) ha hecho que conseguir la información necesaria paraescribir el código haya resultado una tarea menos complicada de lo que parecía.

Como recomendaciones finales para futuros proyectos, se tiene el extender el proyectopara la posibilidad de corregir errores de sistemas que se encuentren en movimiento, locual involucra muchas consideraciones que no se tienen presentes en proyecto.

El sistema también depende de disponer una conexión a Internet para larepresentación gráfica de las correcciones en mapas, se sugiera buscar un métodopara prescindir de ésta conexión, para de esta manera incrementar la movilidad delsistema.

BIBLIOGRAFÍA

• http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_global

• http://www.prometric.com.mx/tecnologiagps.htm

• http://www.monografias.com/trabajos5/tecgps/tecgps.shtml

• http://www.informatica-hoy.com.ar/soluciones-moviles/El-GPS-en-los-telefonos-celulares.php

• http://www.fav-club.com/index.php?option=com_content&view=article&catid=19:ejercitos-y-sistemas-terrestres&id=237:fuerzas-de-operaciones-especiales-de-venezuela

• http://gpsdiferenciales.blogspot.com/

• http://www.monografias.com/trabajos19/navegacion-global/navegacion-global.shtml