GPSY

APLICACIONES

Integrantes

Mario Tacle

Eddy Salinas

Gregory Barcia

GPS(Global Positioning System - Sistema de Posicionamiento Global). Se trata de un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite localizar con precisión un dispositivo GPS en cualquier lugar del mundo.

El sistema es desarrollado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de EE.UU. Está compuesto por 24 satélites que están en órbita alrededor de toda la superficie terrestre.

Historia y Cronología

1963 Sistema 621B1964 Timation1968 NAVSEG1971 Sistema 621B1973 Unificación de los Sistemas de Navegación1974 Proveedor de los satélites GPS 1974 NAVSTAR 1978 El primer block de satélites 1982 Reducción de satélites1983 GPS al servicio de aeronaves

civiles1988 Expansión de los satélites1991 GPS Gratuito 1993 Aprobación de satélites por el gobierno

Composición

El sistema GPS consta de 3

partes principales:

Sistema de satélites

Estaciones terrestres

Terminales receptores

•Segmento espacial

• Satélites en la constelación: 24 (4 × 6 órbitas)

• Altitud: 20200 km

• Período: 11 h 58 min (12 horas sidéreas)

• Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).

• Vida útil: 7,5 años

•Segmento de control (estaciones terrestres)

• Estación principal: 1

• Antena de tierra: 4

• Estación monitora (de seguimiento): 5, Colorado Springs, Hawai, Kwajalein, Isla de Ascensión e Isla de

Diego García.

• Exactitud

• Posición: oficialmente indican aproximadamente 15 m (en el 95% del tiempo). En la realidad un

GPS portátil monofrecuencia de 12 canales paralelos ofrece una precisión de 2,5 a 3 metros en más

del 95% del tiempo. Con el WAAS / EGNOS / MSAS activado, la precisión asciende de 1 a 2 metros.

• Hora: 1 ns

• Cobertura: mundial

• Capacidad de usuarios: ilimitada

• Sistema de coordenadas:

• Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84).

• Centrado en la Tierra, fijo.

• Integridad: tiempo de notificación de 15 minutos o mayor. No es suficiente para la aviación civil.

• Disponibilidad: 24 satélites y 21 satélites. No es suficiente como medio primario de navegación.

Sistema de satélites

Espacial

Está formado por 24 unidades con trayectorias sincronizadas

para cubrir toda la superficie del globo terráqueo. Más

concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites

cada uno. La energía eléctrica que requieren para su

funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos

de celdas solares adosados a sus costados.

Estaciones terrestres

Control

Consta de 5 estaciones

desde donde se controlan

los satélites, se procesa la

información y se

sincronizan los relojes de

cada satélite.

Terminales receptores

Usuario

Comprende a los equipos

utilizados por los usuarios

finales, para conocer y medir

alguna ubicación sobre la

tierra.

Tipo de receptores

Los receptores GPS detectan, decodifican y procesan

las señales que reciben de los satélites para

determinar el punto donde se encuentran situados y

son de dos tipos:

Portátiles

Fijos.

Tipo de receptores

Los portátiles pueden ser tan pequeños

como algunos teléfonos celulares o

móviles.

Los fijos son los que se instalan en

automóviles o coches, embarcaciones,

aviones, trenes, submarinos o cualquier

otro tipo de vehículo.

Funcionamiento

El sistema GPS funciona en cinco pasos lógicos:

Triangulación

Medición de distancia

Tiempo

Posición

Corrección.

Triangulación

Nuestra posición se calcula en base a la medición de las distancias de tres satélites. Es necesario conocer la distancia que nos separa de tres puntos de ubicación conocida y trazar tres círculos, cuyos radios (r) se corresponden con esas distancias.

Supongamos que nos encontramos situados en un punto desconocido, cerca de otro al que llamaremos “A”, cuyo radio es (r); al doble de esa distancia (2r) está situado el punto “B” y al triple de la distancia (3r) el punto “C”.

Triangulación

Si trazamos sobre un mapa de

la zona tres circunferencias,

tomando como centro los

puntos A, B y C y como valor de

sus radios las distancias a

escala reducida que nos separa

del centro de cada círculo, el

punto donde se cortan las

circunferencias será el lugar

donde nos encontramos

situados.

Medición de distancia

La distancia al satélite se determina midiendo el tiempo que tarda una señal de radio, emitida por el mismo, en alcanzar nuestro receptor de GPS. Para efectuar dicha medición asumimos que ambos, nuestro receptor GPS y el satélite, están generando el mismo Código Pseudo Aleatorio en exactamente el mismo momento. Comparando cuanto retardo existe entre la llegada del Código Pseudo Aleatorio proveniente del satélite y la generación del código de nuestro receptor de GPS, podemos determinar cuánto tiempo le llevó a dicha señal llegar hasta nosotros.

TiempoLos satélites son exactos porque llevan un reloj atómico a bordo, emiten cada cierto tiempo una señal en la que marcan la hora que tiene el satélite. Todos los dispositivos GPS, incluidos los GPS para coches, están sincronizados con ese reloj. De esa manera, cuando reciben la señal, saben exactamente cuanto ha tardado esa señal en llegar desde el satélite hasta el coche.Los relojes de los receptores GPS no necesitan ser tan exactos porque la medición de un rango a un satélite adicional permite corregir los errores de medición.

Posicionamiento de los Satélites

Para utilizar los satélites como puntos de referencia debemos conocer exactamente donde están en cada momento. Los satélites de GPS se ubican a tal altura que sus órbitas son muy predecibles. El Departamento de Defensa controla y mide variaciones menores en sus órbitas. La información sobre errores es enviada a los satélites para que estos a su vez retransmitan su posición corregida junto con sus señales de timing.

Corrección de Errores

La ionosfera y la troposfera causan demoras en la señal de GPS que se traducen en errores de posicionamiento. Algunos errores se pueden corregir mediante modelación y correcciones matemáticas. La configuración de los satélites en el cielo puede magnificar otros errores. El GPS Diferencial puede eliminar casi todos los errores.

Modulación de Fase Portadora, códigos C/A y P

En este punto, es importante definir los diversos componentes de la señal GPS.Fase Portadora. Es la onda sinusoidal de la señal de L1 o L2 creada por el satélite.

La portadora L1 es generada a 1575.42 MHz, la portadora de L2 a 1227.6 MHz.Código C/A. Es el Código de Adquisición Gruesa. Modula la portadora L1 a 1.023

MHz.Código P. El código preciso. Modula a las portadoras L1 y L2 a 10.23 MHz.

¿Qué significa modulación?Las ondas portadoras están diseñadas para llevar los códigos binarios C/A y P en

unproceso conocido como modulación. Modulación significa que los códigos estánsuperpuestos sobre la onda portadora. Los códigos son códigos binarios. Esto

significaque sólo pueden tener dos valores -1 y +1. Cada vez que el valor cambia, hay uncambio en la fase de la portadora.

Modulación de Fase Portadora, códigos C/A y P

La portadora L1 es modulada por saltos de fase bipolar (BPSK) en la frecuencia de 1,023 MHz, por medio de una secuencia pseudoaleatoria de una longitud de 1023 bits que compone el código PRN del satélite. Dicha secuencia, de un milisegundo de duración, forma el código de adquisición llamado basto: el código C/A (Coarse/Adquisition code). Cada satélite posee su propio código PRN que permite su

identificación por parte del receptor. El código C/A se refiere únicamente a la señales del SPS. Las informaciones de navegación propiamente dichas, modulan a su vez el código C/A a la frecuencia de 50 Hz.

La señal L2 solo es utilizada por el PPS para transmitir el código de precisión (P-code). No obstante, algunos receptores civiles la utilizan a fin de valorar el retraso de la señal introducida a través de las diferentes capas de la atmosfera. La señal L1 tambien se utiliza para transmitir informaciones para el PPS.

Calculo de la distancia del satélite.Para calcular la distancia a cada satélite,se utiliza una de las leyes del

movimiento.

Distancia = Velocidad x Tiempo

El GPS requiere que el receptor calculela distancia del receptor al satélite.La Velocidad es la velocidad de lasseñales de radio. Las señales de radioviajan a la velocidad de la luz, a 290 000Km por segundo (186 000 millas porsegundo).

El tiempo es aquel que le toma a unaseñal de radio en viajar desde el satéliteal receptor GPS. Esto es un poco difícilde calcular, ya que se necesita conocerel momento en que la señal de radiosalió del satélite y el momento en quellegó al receptor.

Calculo de la distancia del satélite.

La señal del satélite es modulada por dos códigos, el Código C/A y el Código P.

El código C/A está basado en el tiempo marcado por un reloj atómico de alta

precisión. El receptor cuenta también con un reloj que se utiliza para generar un

código C/A Coincidente con el del satélite.De esta forma, el receptor GPS puede "hacer coincidir" o correlacionar el

código que recibe el satélite con el generado por el receptor.

El código C/A es un código digital que es 'seudo aleatorio', o que aparenta ser

aleatorio. En realidad no lo es, sino que se repite mil veces por segundo.De esta forma es como se calcula el tiempo que tarda en viajar la señal de

radio desde el satélite hasta el receptor GPS.

¿Banda de frecuencia de operación del GPS? - Señal RF

Frecuencia portadora: Civil – 1575,42 MHz (L1). Utiliza el Código de

Adquisición Aproximativa (C/A). Militar – 1227,60 MHz (L2). Utiliza el Código

de Precisión (P), cifrado. Nivel de potencia de la señal: –160 dBW (en

superficie tierra). Polarización: circular dextrógira.

Ejemplo Funcionamiento

Aplicaciones

Las principales aplicaciones son:

En geodinámica En topografía En obras civiles En hidrografía En navegación Para la defensa civil

Aplicaciones

En geodinámica la determinación de la formación de la corteza terrestre a nivel local.

En topografía el apoyo fotogramétrico con excelente rendimiento en cualquier tipo de terreno.

En obras civiles el establecimiento de bases de replanteo de alta precisión en obras lineales de largo y de grandes obras de ingeniería.

En hidrografía la localización de obras hidráulicas en obras hidrográficas, el estudio de la evolución fluvial.

Aplicaciones

En navegación permite la situación instantánea y continua de cualquier vehículo sobre una cartografía digital.

Para la defensa civil se puede obtener una inmediata localización y delimitación en zonas afectadas por grandes desastres.

En carretera se puede disponer de un mapa digital permitiendo al conductor del vehículo conocer en tiempo real la situación del tráfico.

Escenario de Uso

La Empresa Metropolitana de Movilidad y Obras Públicas (EMMOP) El Sistema de Movilidad de Flotas, a través de los GPS, monitoreará en tiempo real el desempeño de cada una de las unidades de transporte público, en Quito hay 1926 buses en 44 rutas.

El GPS es utilizado para transmitir los datos hacia el Centro de Comando, vía satelital, con el fin de obtener datos, como la ubicación de las unidades, velocidad, paradas correctas, números de pasajeros que llevan en cada vehículo y hasta el consumo de combustible.

Y el resultado final fue un ahorro de USD 234000 al año. Con este nuevo sistema aumentaron el 1.4 veces por vuelta, ingresaron más pasajeros y bajaron el costo de consumo y de operación.

Rastreo de personas

Modelo Descripción PVP

GT30(X)Rastreador personal, rastreo por SMS o GPRS, mensaje SOS, conversación 2-way, llamadas a números predeterminados, altavoz.

$270.00

$290.00

GT60 Rastreador personal, rastreo por SMS o GPRS, mide 86 x 44 x 22 mm, mensaje SOS, conversación 2-way, llamadas a números predeterminados, altavoz

$270.00

GT80Rastreador personal, rastreo por SMS o GPRS, super compacto, mide 61 x 42 x 15 mm, mensaje SOS, conversación 2-way, llamadas a números predeterminados, altavoz, batería de extra larga duración.

$295.00

Rastreadores Vehiculares

Modelo Descripción PVP

VT300Rastreador vehicular, rastreo por SMS o GPRS, una salida (output) por ejemplo: la posibilidad de apagar el motor a distancia

$300.00

VT310 Rastreador vehicular, rastreo por SMS o GPRS, cinco salidas (outputs); cinco entradas (inputs) por ejemplo avisa cuando prende el motor, abren las puertas etc.

$340.00

Bibliografías

Guía práctica del GPS – Autor: Paul Correia.

Posicionamiento satelital GPS – Autor: Eduardo Huerta