Documento hecho en LATEX• Diciembre 2015 • Procesamiento GNSS, Grupo 61

Ejecucion de los sistemas de navegacionglobal por satelite en el marco deaplicaciones de Geolocalizacion

Alejandro Lugo Jaramillo

Cod.20092025034

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

falugoj@correo.udistrital.edu.co

Resumen

En este articulo se pretende dar a conocer al lector algunas de las aplicaciones en las

que se emplean los sistemas de navegacion global por satelite (GNSS), ası como de una

manera sencilla entender su importancia en la actualidad en distintos campos que se ha

venido implementando, como lo es en la automocion1 que se logra mediante la determi-

nacion de posicion y velocidad de vehıculos utilizando sistemas de posicionamiento global

(GPS2), en el uso de la telefonıa celular,usos marıtimos, creacion de redes geodesicas,

etc son solo algunas de las aplicaciones, la gran mayorıa se basan en las distancias que

se miden por el tiempo que tarda una senal emitida por uno o mas satelites hasta llegar

al receptor[1]las posibilidades de uso de la informacion recolectada de los GNSS dependen

exclusivamente de la exactitud que necesitemos

Palabras clave: Sistemas GNSS, satelites, GPS, automocion, exactitud

Abstract

This article is intended to acquaint the reader some of the applications in which the

systems of global navigation satellite systems ( GNSS ) are used as well as an easy way

to understand their importance today in various fields has been implemented as it is

in the automotive industry which is achieved by determining the position and speed of

vehicles using global positioning systems (GPS ) in the use of mobile telephony , maritime

applications , creation of geodetic networks , etc. are just some of the applications , most

are based on the distances measured by the time it takes a signal from one or more

satellites to receiver usability of the information collected from GNSS rely exclusively on

the accuracy we need

Keywords:GNSS satellites, GPS , automotive , precision systems

I. Introduccion

La geolocalizacion se define como la identi-

ficacion de la posicion geografica real de

un objeto o persona, ya sea mediante un dis-

positivo conectado a internet (como un por

ejemplo un Smartphone) o cualquier otro dis-

positivo que sea posible rastrear. Dicha loca-

lizacion hace referencia al posicionamiento

que define la localizacion espacial de un pun-

1Sistemas de navegacion de automoviles basados en GPS, son la aplicacion mas conocida de esta tecno-

logıa en la actualidad. Son receptores GPS de distintas caracterısticas, y sobre los que podemos cargar un

software con diversa informacion (mapas, localizaciones, limites de velocidad, radares,son capaces de analizar

y planificar rutas en marcha. Constituyen un amplio mercado en la actualidad.2El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de localizacion, disenado por el Departa-

mento de Defensa de los Estados Unidos con fines militares para proporcionar estimaciones precisas de posi-

cion,velocidad y tiempo

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to en un sistema de coordenadas y un da-

tum determinado, lo anterior en los ultimos

anos se ha visto favorecido gracias a los siste-

mas GNSS, estos utilizando como base una

constelacion de satelites que envıan senales a

la superficie terrestre permiten que un usua-

rio que cuente con un receptor adecuado

pueda obtener esta informacion en tiempo

real sin importar su ubicacion ¿ fundamen-

talmente como funciona? el receptor recibe

simultaneamente la senal de varios satelites,

por lo tanto esta unica antena debe estar ubi-

cada de tal manera que permita contar con

la mayor cantidad de satelites visibles [3]

II. Campos profesionales de

explotacion

1. Navegacion: su uso principal es el

uso de dispositivos de navegacion pa-

ra vehıculos terrestres, marıtimos o

aereos.

2. Sincronizacion: proporciona con dis-

ponibilidad global, informacion de re-

loj con unas caracterısticas tales que

dicha informacion pueda ser usada co-

mo reloj maestro en una red de sincro-

nizacion, lo que permite que los dife-

rentes relojes de los diferentes de ele-

mentos de una red de comunicaciones

esten sintonizados al mismo reloj.

3. Servicios basados en localizacion

(LBS): estos servicios disponibles por

parte de algunas redes de telefonıa ce-

lular, permiten localizar al usuario de

un telefono movil dentro de una de-

terminada celda, si este dispone de un

dispositivo GPS (y tambien con otras

tecnicas si no dispone de el), lo que per-

mite bien desde el envıo de publicidad

a dicho telefono hasta el uso de esta

capacidad por parte de los servicios de

emergencia en caso de catastrofe.

4. Topografıa y geodesia: los siste-

mas GNSS, actualmente los basados

en GPS, se estan empleando como sis-

temas de alta precision para la toma

de datos topograficos y geodesicos, sur-

giendo ası nuevas redes con este fin.

5. Sistemas de informacion geografi-

ca: los sistemas SIG son una coleccion

de informacion geografica organizada

de hardware y software, que nos per-

mite capturar, almacenar, manipular y

analizar informacion geografica con el

fin de solucionar problemas complejos

de planificacion y gestion.

6. Dispositivos de rastreo: destinados

a la localizacion de personas o especies

protegidas de animales, vehıculos etc

III. Sistema global de

navegacion por satelite GNSS

El principio basico de funcionamiento

del GNSS se basa en una constelacion de

satelites artificiales que emiten ondas elec-

tromagneticas desde el espacio y que llegan

al dispositivo movil. Gracias a las efemeri-

des que los satelites transmiten en su senal

se puede conocer la posicion exacta(x, y, z)

de los satelites en cada momento. Con estas

posiciones hay que descifrar las senales emi-

tidas, para las cuales habra un determinado

tiempo de salida y un determinado tiempo

de llegada. Recibiendo la senal de al menos

cuatro satelites se realizaran trilateraciones

con el objeto de despejar las cuatro incogni-

tas que presenta la localizacion (x, y, z, t).

Para poder trabajar con estas distancias se

requieren unas sincronıas de reloj muy preci-

so, por lo que los satelites van equipados con

relojes atomicos muy precisos con estabilida-

des del orden 10−13 y 10−14 segundos/dia.

Los receptores utilizan relojes de cuarzo me-

nos precisos pero ese inconveniente se supera

sincronizando tiempos durante la etapa de

inicializacion del sistema

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El sistema tiene dos metodos de medida,

por un lado la medicion por codigo en la que

el satelite emite una determinada marca de

tiempo en la senal que el receptor repite si-

multaneamente de forma que cuando le llega

la senal que ha emitido el satelite las com-

para y determina el tiempo que ha tardado

en recibirla. Por otro lado esta la medicion

de fase que se basa en que se controla en

fase una emision radioelectrica hecha desde

el satelite con frecuencia conocida y desde

una posicion conocida. Al controlar en fase,

lo que se hace es observar continuamente la

evolucion del desfase entre la senal recibida y

la generada por el receptor, es decir, el obser-

vable es el desfase entre ambas y este cambia

segun lo hace la distancia entre satelite y re-

ceptor. Correlacionando continuamente am-

bas portadoras a partir del momento de co-

nexion con el satelite, el receptor podra con-

tar la cantidad de ciclos enteros debido a los

cambios de distancia entre satelite y recep-

tor y medir la fraccion de ciclo entre ambas

senales. La diferencia entre ciclos observados

y la cantidad total sera la ambiguedad ini-

cial N, que sera invariable para toda la se-

sion, siempre que no se produzcan cortes en

la senal, ya que en ese momento se perdera la

cuenta de ciclos enteros y aparecera una nue-

va ambiguedad. El problema que se plantea

en la medida de fase es la dificultad que im-

plica la obtencion del numero inicial de ciclos

enteros en la portadora (N) contenidos en la

distancia D que hay entre satelite y recep-

tor.

Los principales errores que afectan a estas

medidas son los provocados por la propaga-

cion de la senal por ionosfera y troposfera y

los errores multipath por rebotes de la senal

en su llegada a tierra [4]

IV. Aplicaciones de los

sistemas GNSS

Los GNSS como muchas otras tecno-

logıas se desarrollo principalmente con fines

militares en los GPS llegando a usos civiles

hasta finales de los 80’s

El GPS en el ambito militar Usandose en

todo tipo de equipamiento militar como ar-

mas guiadas de alta precision, o navegacion

y posicionamiento de las tropas en vehıculos

de tierra mar y aire

1. Servicios para Ejercito del Aire: reco-

nocimiento y localizacion de objetivos,

repostaje en vuelo, calculo de rutas,

aproximacion al aterrizaje, precision

de los bombardeos, etc.

2. Servicios para Infanterıa: superviven-

cia, emplazamiento de la artillerıa, re-

conocimiento y localizacion de objeti-

vos, recuperacion de equipos, puntos

de encuentro, evacuaciones, etc.

3. Servicios para la Marina: navegacion,

operaciones anfibias, patrulla costera,

emplazamiento de minas, posiciona-

miento de submarinos, etc.

GNSS: uso civil a nivel global Sus

usos con la poblacion civil inicia en la deca-

da de los 90 dando comienzo a una era tec-

nologica con infinidad de avances en muchos

campos

1. Ferrocarriles: apoyando el nivel de tra-

fico, la gestion de recursos ferroviarios

o la asistencia al cliente, automatiza-

cion de trenes en sus rutas

2. Aviacion:con ayuda de los GPS mane-

jar la planificacion de rutas mejorando

su precision y permitiendo tambien el

manejo de piloto automatico en caso

de que se requiera.

3Boton de salvamento MOB ( Man over board ) equipado en los GPS

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3. Navegacion marıtima: mediante el

GPS en la actualidad los barcos pa-

ra navegar por mares oceanos e inclu-

so lagos se estan beneficiando, estos

sistemas tienen un software, como el

MOB3, que permite el rescate marıti-

mo de personas en el mar de manera

mucho mas sencilla, ya que establece

la posicion exacta en la que se produce

el accidente

4. Agricultura: el DGPS4 ha supuesto

tambien una revolucion en el mundo

agrıcola facilitando multitud de proce-

sos: La gestion de activos, optimizan-

do el uso de recursos en funcion del

trozo de parcela en el que se encuen-

tre la maquina, el trazado de lindes,

la gestion forestal y el seguimiento de

vehıculos

5. Sincronizacion de equipos: el GPS es

utilizado en la actualidad para la sin-

cronizacion de distintos tipos de equi-

pos por ser una fuente de tiempo muy

precisa. Se usa por ejemplo en la Inter-

net para la sincronizacion de equipos

informaticos de una red

6. Elaboracion de mapas de la ionosfera:

la informacion que envıan los satelites

GPS es sensible a las perturbaciones

de la ionosfera, que causan error en la

senal que se propaga. A traves de di-

cho error podemos medir las perturba-

ciones en la ionosfera y por tanto hacer

un mapa de la misma, a traves del cual

se podran medir sismos en cualquier

parte del planeta en tiempo real[2]

V. Alcances en Ingenierıa

Catastral y Geodesia

La implementacion de novedosas tecno-

logıas para la adquisicion de datos e infor-

macion geoespacial como el GNSS NTRIP

(global navigation satellite system networked

transport of RTCM vıa Internet protocol)

resulta atractivo y ofrece amplias ventajas

frente a la generacion y/o actualizacion de

productos cartograficos con fines catastrales

partiendo naturalmente de una estructura

geodesica adecuada.

El NTRIP ofrece tecnologıa de posiciona-

miento preciso vinculando el sistema conti-

nental SIRGAS, favoreciendo la integracion

geoespacial de los datos

Para el ejemplo se presenta el extracto de un

plano de mensura (catedral de Maracaibo)

uno de los inmuebles levantados donde cada

vertice conto con una calidad de 0,003 me-

tros y sus dimensiones resultaron muy con-

sistentes con la realidad en campo, ademas

de que se pudo contrastar la informacion pa-

sada y visualizar que actualmente hay un te-

rreno anexo y un desplazamiento en los linde-

ros, esto comprueba su utilidad en la actua-

lizacion catastral, el contraste de datos y la

verificacion de inconsistencias para la correc-

ta actualizacion del mapa de la ciudad.[5]

Figura 1: Plano de mensura y verificacion

en mapa digital levantado con GPS

NTRIP en la ciudad de Maracaibo

[5]

Conclusiones

• La tecnologıa GNSS tiene un futuro

prometedor ya que actualmente son

muchos los campos de aplicacion y gra-

cias a los avances tecnologicos su preci-

4Sistema GPS diferencial, implica otro receptor anadido, uno que se desplaza y otro estacionario

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sion ha venido aumentando permitien-

do ası incursionar en campos que re-

quieren de una mayor exactitud aho-

rrando tiempo y dinero y garantizando

una mayor seguridad y confiabilidad de

la informacion obtenida

• En lo que respecta a la Ingenierıa Ca-

tastral y Geodesia los sistemas GNSS

y la informacion de posicion altamen-

te precisa (por debajo del cm) que es-

tos sistemas recolectan han permitido

realizar exploraciones cartograficas en

puntos remotos por ejemplo la cima de

una montana muy alta reduciendo cos-

tos ya que no es necesaria una gran can-

tidad de personal para realizar el traba-

jo de campo ademas de los riesgos que

estos pueden tener en el momento del

reconocimiento y permitiendo tambien

obtener informacion en tiempo real au-

mentando la productividad y el desa-

rrollo de productos elaborados con ba-

se en esta informacion obtenida

• En el desarrollo de este documento se

tratan diferentes tipos de aplicaciones

en el marco de los sistemas de nave-

gacion global por satelite si bien en la

actualidad esta tarea se ha visto favo-

recida por proyectos de desarrollo ma-

sivo los cuales se explican brevemente

dando pautas de contenido teorico con

el fin de ilustrar al lector, es pertinente

dar a conocer apendices especıficos que

muestren la relacion de los sistemas de

navegacion a la luz del procesamiento

de forma conjunta tambien se procura

dar a conocer a la comunidad alterna-

tivas novedosas para el uso de datos de

los Sistemas de Navegacion Global por

Satelite.

• Como trabajo futuro se propone se-

guimientos periodicos a las aplicacio-

nes aquı constatadas ya que las mis-

mas evolucionan a pasos agigantados

en cuanto a servicios, senales y preci-

sion. Estos anos son el momento clave

de desarrollo de una tecnologıa que re-

volucionara nuestra vida al igual que

lo hicieron las innovaciones tecnologi-

cas de ultimo siglo, las cuales se inte-

graran junto con los GNSS para ofre-

cer distintos servicios que transformen

la realidad de la comunidad y que por

su importancia generen cada vez y con

mayor frecuencia expectativa de uso y

favorezcan la exactitud en diferentes

proyectos de investigacion.

Referencias

[1] A.Pozo Ruz, F.Sandoval Sistema de posicionamiento global (GPS), disponible en

http://www.oocities.org/es/foro_gps/infografia/gps5.pdf

[2] David Abelardo Garcıa Alvarez Sistema GNSS (GLO-

BAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM), disponible en

http://arantxa.ii.uam.es/~jms/pfcsteleco/lecturas/20080125DavidGarcia.pdf

[3] Jorge Cogo, Ramon.G.Lopez, Carlos.H.Muravchik Recep-

tor GNSS Multiantena para Aplicaciones Aeroespaciales, disponible en

http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/38004

[4] Francisco.M.Ruiz Trabajo final de grado: Programacion con dispositivos moviles. Apli-

caciones para geolocalizacion, Cap.02,Universidad Politecnica de Valencia, Julio 2014

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[5] Victor Cioce, Giovanni Royero, Ana Canga, Germay Ba-

rrios, Miguel Espinoza Reunion SIRGAS 2013,SIRGAS disponible en

http://www.sirgas.org/fileadmin/docs/Boletines/Bol18

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