GPS Posicionamiento Satelital

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El libro que presentamos tiene tres características fundamentales:-Es de contenido teórico; está dirigido a difundir los fundamentosdel posicionamiento satelital en general y de GPS en particular.-Es adecuado al nivel de estudiante o graduado universitario en general, dado que no requiere previa especialización y evitamos recurrir a un tratamiento matemático complejo. Sus destinatarios son principalmente profesionales y estudiantes de la ingeniería de diversas ramas, aunque por la importancia y vastedad del tema se torna útil para un amplio campo del conocimiento. -Es de carácter didáctico, es decir está orientado a facilitar elaprendizaje.

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GPS Posi ci onami ent o Sat el i t alEduardo HuertaAldo Mangiaterra Gustavo Noguera I.S.B.N 950-673-488-7 Eduardo Huerta; Aldo Mangiaterra; Gustavo Noguera. 2005 Hecho el depsito que marca la ley 11.723

RED DE EDITORIALES DE UNIVERSIDADESASOCIACION DE UNIVERSIDADES NACIONALESGRUPO MONTEVIDEO

IMPRESO EN LA ARGENTINA - PRINTED IN ARGENTINA UNR EDITORA - EDITORIAL DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO SECRETARA DE EXTENSIN UNIVERSITARIAHuerta, Eduardo GPS: posicionamiento satelital / Eduardo Huerta; Aldo Mangiaterra; Gustavo Noguera - 1a. ed. - Rosario: UNR Editora - Universidad Nacional de Rosario, 2005. 148 p. 23x16 cm. ISBN 950-673-488-7 1. Tecnologa Satelital. -I. Mangiaterra, Aldo. II. Noguera, Gustavo. III Ttulo CDD 629.46 EL LIBRO A esta altura es ampliamente difundido que la tecnologa satelital permitedeterminar,conlaprecisinnecesaria,laposicinespacialde objetos, sean stos fijos o mviles. Por otra parte tal posicin seobtiene con referencia a un sistema nicoglobal,loquepermitecorrelacionarinformacinprovenientede distintas fuentes y de distintas pocas.

Rapidez,seguridadyeconomasoncaractersticasdistintivasdel posicionamiento satelital. GPS (Global Positioning System) es, hasta ahora, el sistema sate-litalquebrindamayoresymejoresprestaciones,aunqueexistenotrosen operacin o en desarrollo. SibienelorigendeGPSesdecarctermilitar,elusocivilha pasadoasernetamentepreponderante,taleslamagnitudyamplitudde las aplicaciones a las que sirve. El libro que presentamos tiene tres caractersticas fundamentales. Es de contenido terico; est dirigido a difundir los fundamentos del posicionamiento satelital en general y de GPS en particular. Esadecuadoalniveldeestudianteograduadouniversitarioen general,dadoquenorequierepreviaespecializacinyevitamosrecurrir auntratamientomatemticocomplejo.Susdestinatariossonprincipal-menteprofesionalesyestudiantesdelaingenieradediversasramas, aunqueporlaimportanciayvastedaddeltemasetornatilparaunam-plio campo del conocimiento. Esdecarcterdidctico,esdecirestorientadoafacilitarel aprendizaje. Se agrega un detalle: los autores nos comprometemos a responder las consultas de los lectores, relativas al contenidodel libro, por el lapso de un ao a partir de la fecha de edicin. Para ello se habilita la siguiente direccin de correo electrnico: librogps@fceia.unr.edu.ar Enestelibronosedesarrollanlascuestionesatinentesalasaplica-ciones y a las herramientas de mediciny clculo. No se trata de una subes-timacin de tales cuestiones, sino de la eleccin de temas prioritarios. En efecto, consideramos que la evolucin de la tecnologa de po-sicionamientosatelitales,comootras,vertiginosa,pormomentosabru-madora, y que existe un peligro para quien intente aplicarla: confundir las herramientasdemedicinyclculoylastcnicasdesumanejo,conel conocimiento mismo. Laexperiencianosindicaquequienestmunidodelosfunda-mentostericospuedeabordar,sinmayordificultad,losmanualesins-tructivos de los distintos modelos y las distintas marcas del instrumental y el software ofrecido en el mercado comercial. Por el contrario, quienes se acercan al tema slo desde el manejo deuninstrumentoespecfico,atravsdecursosfacilitadosporlospro-veedores, se encuentran a corto plazo con insalvables dificultades. Ellibrosurgedesucesivaselaboracionesdematerialdidctico parauncursodeposgradosobreeltema,elcualllevayadiezaosde desarrollo y se ha dictado en cinco universidades, participando hasta aho-raalgunoscentenaresdeprofesionalesdedistintastitulacionesydedi-verso origen geogrfico. Sintemoraequivocarnosnosatrevemosaafirmarque,porsu incidenciaenunaenormegamadeactividadeshumanas,elposiciona-mientosatelitaldevienerpidamente,decambiotecnolgicoencambio cultural. Los autores PERSONAS E INSTITUCIONES QuienesescribimosestelibrosomosdocentesdelaFacultadde CienciasExactas,IngenierayAgrimensuradelaUniversidadNacional de Rosario y ejercemos nuestra labor en el Departamento de Geotopocar-tografadelaEscueladeAgrimensura.AlavezintegramoselGrupode Geodesia Satelital de Rosario (GGSR). En cuanto a nuestra formacinen Geodesia somosdiscpulos del Ing.OscarAdolfoParach,yafallecido,quienfueraelprimerdirector del GGSR y de los cursos de posgrado sobre GPS. l fue nuestro maestro de Geodesia. La Facultad de Ciencias Astronmicas y Geofsicas de la Univer-sidad Nacional de La Plata estuvo desde un primermomento al frentede losestudiossobreGPSennuestropas.Quienesencabezaronesalabor, en particular el Dr. ClaudioBruniniyel Lic. Ral Perdomo,nos brinda-rongenerosamentesuapoyo,tantoenloreferenteanuestralabordein-vestigacin como en la realizacin de cursos de posgrado. Enla confeccindel librohemos contado conla colaboracinde laIng.BeatrizJimnez,tambindocentedelDepartamentodeGeotopo-cartografa. La Asociacinde Profesoresdela Facultadde Ciencias Exactas,IngenierayAgrimensurahahechoposiblelapublicacindeestaobra otorgando un subsidio a tal fin.

Eduardo Huerta Aldo Mangiaterra Gustavo Noguera i CONTENIDOS 1. Introduccin 1.1Introduccin a la geodesia espacialI-1 1.1.1 El sistema TransitI-1 1.1.2 El Sistema de Posicionamiento Global GPSI-2 1.1.3 TiempoI-3 1.1.4 Sistema GPS - ConstitucinI-4 1.2 Segmento espacialI-4 1.2.1 ConstelacinI-6 1.2.2 IdentificacinI-7 1.2.3 Relojes de los satlites I-7 1.2.4 Portadoras y cdigosI-8 1.3 Segmento de controlI-8 1.4 Segmento usuario I-9 1.4.1 Informacin en el receptorI-11 1.5Modernizacin del SistemaI-11 1.6Magnitudes y unidades de medidaI-12 1.7Algunas definiciones I-13 2. Nociones de Geodesia 2.1IntroduccinII-1 2.2Resea histricaII-2 2.3Aspectos conceptuales bsicosII-6 2.4Superficies de referenciaII-8 2.4.1 Geoide II.8 2.4.2 Elipsoide de revolucinII-10 2.5Geodesia ClsicaII-12 2.5.1 Levantamiento geodsico II-13 2.5.2 Asignacin de coordenadas del origen P(B,L,h)II-13 2.6Geodesia SatelitalII-15 2.7Transformacin entre Marcos de referenciaII-17 Contenidosii 2.8Elipsoide equipotencialII-20 2.9Modelos de geoideII-20 2.10Representacin Plana II-22 2.10.1 Fundamentos. Ecuaciones de representacinII-22 2.10.2 Representacin conforme. DeformacionesII-24 3. La obtencin de coordenadas 3.1El problema de la pirmideIII-1 3.1.1 Posicionamiento mediante cdigo C/AIII-2 3.1.2 La seal del satlite III-2 3.1.3 Medicin de la distancia III-4 3.1.4 Relacin entre cdigo C/A, tiempo y distanciaIII-5 3.2Ecuaciones de observacinIII-7 3.3Precisin del posicionamientoIII-8 3.3.1 Consideracin de los erroresIII-9 3.3.2 Errores sistemticosIII-10 3.3.3 Errores accidentalesIII-11 3.4Factor de configuracinIII-11 3.5Otros sistemas de posicionamiento satelitalIII-14 3.5.1 Sistema GLONASSIII-14 3.5.2 Descripcin y constitucin de GLONASSIII-15 3.5.3 Sistemas europeosIII-16 3.6El programa GALILEOIII-19 3.6.1 La constelacin GALILEOIII-20 3.6.2 Servicios GALILEOIII-21 3.6.3 Atractivo del sistema GALILEO III-21 4. Posicionamiento con Cdigo C/A 4.1Posicionamiento absolutoIV-1 4.1.1 Modo estticoIV-1 4.1.2 Modo mvilIV-1 4.1.3 PrecisionesIV-2 4.2 Posicionamiento DiferencialIV-2 4.2.1 Correccin de posicinIV-5 Contenidosiii 4.2.2 Correccin de distanciasIV-6 4.2.3 Simples y dobles diferenciasIV-8 4.2.4 ConclusinIV-9 4.3 Mtodos de operacinIV-9 4.3.1 Modo estticoIV-9 4.3.2 Modo mvilIV-10 4.4 PrecisionesIV-10 4.5 Aplicacin de la correccin diferencialIV-11 4.5.1 Post-procesamientoIV-11 4.5.2 Correccin diferencial en tiempo realIV-12 4.5.3 WADGPSIV-12 5. Posicionamiento con fase 5.1IntroduccinV-1 5.2Fases. Conceptos bsicosV-3 5.3Caso satelitalV-5 5.3.1 Observable idealV-6 5.3.2 Observable realV-10 5.4Posicionando Puntos con Fases de la PortadoraV-11 5.5Posicionamiento relativo estticoV-13 5.5.1 Diferencias de faseV-14 5.5.2 La resolucin de ambigedadesV-21 5.6Posicionamiento relativo dinmicoV-23 5.6.1 Mtodo cinemtico puroV-23 5.6.2 Mtodo Stop & GoV-24 5.6.3 Mtodo OTFV-24 5.7Combinaciones lineales de faseV-26 5.8PrecisionesV-27 5.8.1 Posicionamiento estticoV-27 5.8.2 Posicionamiento dinmicoV-28 5.8.3 Mejoramiento de la precisin en vectores largosV-29 5.9Coordenadas en tiempo diferido o realV-30 Contenidosiv 6. Georreferenciacin 6.1Conceptos bsicosVI-1 6.2La medidaVI-3 6.2.1 Errores sistemticosVI-5 6.2.2 Errores accidentalesVI-6 6.2.3 PrecisinVI-6 6.2.4 Precisin del promedioVI-7 6.2.5 ToleranciaVI-8 6.2.6 Propagacin de errores y configuracinVI-8 6.3Ajuste o compensacinVI-9 6.4Criterios en georreferenciacin con GPS VI-12 7. Bibliografa VII-1 Captulo II-1 Introduccin 1.1Introduccin a la geodesia espacial Se puede decir que la era de la geodesia espacial fue efectivamen-te iniciada por la URSS en octubre de 1957 con el lanzamiento del primer satlite artificial de la Tierra: el Sputnik I. Posteriormente pudo observarse que determinando el corrimiento DopplerdelassealesradiodifundidasporelSputnik,desdeestaciones de posicin conocidas, era posible establecer la rbita del satlite. Esto permiti el planteo inverso, es decir, si la rbita era conoci-dapreviamenteseraposibleobtenerlaposicindeunreceptorenuna ubicacincualquiera. Para ellohabra que realizar observacionesdurante varios pasos del satlite. Duranteladcadasiguientelainvestigacionesseorientarona desarrollaryperfeccionarlosmtodosbsicosdeobservacionessatelita-lesyde clculoderbitasencaminados aimplementar sistemas de posi-cionamientoydedeterminacindelcampodegravedadterrestre,loque permiti crear el primer sistema de posicionamiento geodsico. 1.1.1 El sistema Transit Estesistema,concebidoconfinesexclusivamentemilitares,se basenobservacionesDoppleryentrenoperacionesenelao1964. Posteriormente, en 1967, se comenz a utilizar en trabajos de tipo geod-sicotalescomomedicionesderedesgeodsicasextensas,determinacin deparmetrosentresistemasgeodsicos,yotrasaplicacionescientficas y tecnolgicas. Estuvofuncionandohasta el ao 1996. Su salida deoperacin se debifundamentalmenteaqueunnuevosistemaestabaoperandoexito-samente superando importantesdeficiencias que caracterizaban a su pre-decesor. I-2Introduccin Las principales deficiencias que presentaba el Sistema Transit eran: Dada la esca